第15章太陽――ありふれた恒星The Sun: A Garden-Variety Star

Sunspots are not the only features that vary during a solar cycle. There are dramatic changes in the chromosphere and corona as well. To see what happens in the chromosphere, we must observe the emission lines from elements such as hydrogen and calcium, which emit useful spectral lines at the temperatures in that layer. The hot corona, on the other hand, can be studied by observations of X-rays and of extreme ultraviolet and other wavelengths at high energies.

太陽周期に伴って変化するのは黒点だけではない。彩層やコロナにも劇的な変化がある。彩層で何が起きているかを知るには、水素やカルシウムなどの元素の輝線を観測しなければならない。これらの元素は、彩層の温度で観測に役立つスペクトル線を放つ。一方、高温のコロナは、X線や極端紫外線、そのほかの高エネルギーの波長で観測することによって調べられる。

As we saw, emission lines of hydrogen and calcium are produced in the hot gases of the chromosphere. Astronomers routinely photograph the Sun through filters that transmit light only at the wavelengths that correspond to these emission lines. Pictures taken through these special filters show bright “clouds” in the chromosphere around sunspots; these bright regions are known as plages (Figure 15.18). These are regions within the chromosphere that have higher temperature and density than their surroundings. The plages actually contain all of the elements in the Sun, not just hydrogen and calcium. It just happens that the spectral lines of hydrogen and calcium produced by these clouds are bright and easy to observe.

すでに見たように、水素やカルシウムの輝線は、彩層の高温のガスの中で生じる。天文学者は、これらの輝線に対応する波長の光だけを通すフィルターを使って、日常的に太陽を撮影している。この特別なフィルターを通して撮った写真には、黒点の周囲の彩層に明るい「雲」が写る。この明るい領域をプラージュという（図15.18）。周囲より温度と密度の高い、彩層内の領域である。プラージュには実際には水素やカルシウムだけでなく、太陽にあるすべての元素が含まれる。ただ、これらの雲が生み出す水素とカルシウムのスペクトル線が明るく、観測しやすいのである。

Moving higher into the Sun’s atmosphere, we come to the spectacular phenomena called prominences (Figure 15.19), which usually originate near sunspots. Eclipse observers often see prominences as red features rising above the eclipsed Sun and reaching high into the corona. Some, the quiescent prominences, are graceful loops of plasma (ionized gas) that can remain nearly stable for many hours or even days. The relatively rare eruptive prominences appear to send matter upward into the corona at high speeds, and the most active surge prominences may move as fast as 1300 kilometers per second (almost 3 million miles per hour). Some eruptive prominences have reached heights of more than 1 million kilometers above the photosphere; Earth would be completely lost inside one of those awesome displays (Figure 15.19).

太陽大気をさらに上へ進むと、プロミネンス（紅炎）と呼ばれる壮観な現象に行き当たる（図15.19）。ふつうは黒点の近くで発生する。日食の観測者には、隠された太陽から立ち上がり、コロナの高いところまで伸びる赤い構造として見えることが多い。静穏型プロミネンスは、プラズマ（電離したガス）が優美な輪を描いたもので、何時間も、ときには何日も、ほぼ安定した状態を保つ。比較的まれな噴出型プロミネンスでは、物質がコロナの上方へ高速で送り出されているように見える。最も活発なサージ型プロミネンスは、秒速1,300キロメートル（時速約300万マイル）もの速さで動くことがある。噴出型プロミネンスの中には、光球の上100万キロメートルを超える高さに達したものもある。このような驚くべき光景の中に地球を置いたら、完全に埋もれて見えなくなってしまうだろう（図15.19）。

The most violent event on the surface of the Sun is a rapid eruption called a solar flare (Figure 15.20). A typical flare lasts for 5 to 10 minutes and releases a total amount of energy equivalent to that of perhaps a million hydrogen bombs. The largest flares last for several hours and emit enough energy to power the entire United States at its current rate of electrical consumption for 100,000 years. Near sunspot maximum, small flares occur several times per day, and major ones may occur every few weeks.

太陽の表面で起きる最も激しい現象は、太陽フレアと呼ばれる急激な爆発である（図15.20）。典型的なフレアは5〜10分間続き、放出するエネルギーの総量は、およそ100万個の水素爆弾に匹敵する。最大級のフレアは数時間続き、米国全体の現在の電力消費を10万年間賄えるほどのエネルギーを放出する。黒点の極大期近くには、小さなフレアは1日に数回、大きなものは数週間に1回ほど起こることがある。

Flares, like the one shown in Figure 15.21, are often observed in the red light of hydrogen, but the visible emission is only a tiny fraction of the energy released when a solar flare explodes. At the moment of the explosion, the matter associated with the flare is heated to temperatures as high as 10 million K. At such high temperatures, a flood of X-ray and ultraviolet radiation is emitted.

図15.21のようなフレアは、水素の赤い光で観測されることが多い。しかし、可視光で放出されるエネルギーは、太陽フレアの爆発によって解放されるエネルギーのごく一部にすぎない。爆発の瞬間、フレアに関わる物質は1,000万Kもの高温に加熱される。このような高温では、大量のX線と紫外線が放出される。

Flares seem to occur when magnetic fields pointing in opposite directions release energy by interacting with and destroying each other—much as a stretched rubber band releases energy when it breaks.

フレアは、逆向きの磁場が相互作用して互いに打ち消し合い、エネルギーを解放するときに起こるらしい。引き伸ばした輪ゴムが切れるとエネルギーを解放するのと、よく似ている。

What is different about flares is that their magnetic interactions cover a large volume in the solar corona and release a tremendous amount of electromagnetic radiation. In some cases, immense quantities of coronal material—mainly protons and electrons—may also be ejected at high speeds (500–1000 kilometers per second) into interplanetary space. Such a coronal mass ejection (CME) can affect Earth in a number of ways (which we will discuss in the section on space weather).

フレアが輪ゴムと異なるのは、磁場の相互作用が太陽コロナの大きな領域に及び、膨大な量の電磁放射を放つことである。場合によっては、大量のコロナ物質、主に陽子と電子も、秒速500〜1,000キロメートルの高速で惑星間空間へ放出される。こうしたコロナ質量放出（CME）は、地球にさまざまな影響を与えうる。その影響については、宇宙天気の節で説明する。