プロミネンスの動きを解析する
 ひので衛星に搭載された可視光の望遠鏡は、太陽のプロミネンスを詳細に観測してます。プロミネンスの連続画像から動きのある画像を選び出し、プロミネンスがどのように動いているのかを解析してみましょう。
画像をクリックすると映像が見られます。
※紹介する解析では、プロミネンスの形や動きから、その動きが視線方向に対して直角であると仮定しています。
 まずは、プロミネンスの動きを映像で見てみましょう。観測されたのは、2007年1月12日に観測されたプロミネンスです。ダイナミックなプロミネンスは、どういった力によって動いているのでしょうか。まずは、その速度を調べてみましょう。
映像はこちら(国立天文台　岡本丈典さん作成)
ここに紹介する例は、左図の映像（クリックすると映像が見られます。上の映像と左右反転しています。）の赤丸のプロミネンスの位置を測定します。いくつかのプロミネンスのガスの固まりがありますので、それぞれを調べてみるのも面白いでしょう。


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 　プロミネンスとは、磁場の力によって太陽表面より上空に浮かんでいる数万度のガスの塊です。数万度のガスは、Hα線という水素元素が放つ赤色の光や、電離カルシウムのＫ線やH線などの光を発光したり吸収したりするため、それらの光だけを見ることができる特殊な望遠鏡で太陽を観測するとプロミネンスを観測することができます。「ひので」では、電離カルシウムのH線だけを観測することができる特殊なフィルターを使って、プロミネンスを観測しています。
このガスの塊が地球から見て太陽の縁の外側にあると、太陽表面から炎のように突き出た様子がうかがえます。しかし、よくアニメーションで描かれる炎のような動きは観察できません。プロミネンスのガスは秒速数百kmで動くものもありますが、その速い動きも地球から見るとごくわずかな動きなのです。
数万度のガスの塊が地球から見て太陽の縁の内側にあると、太陽表面から発せられる光がこのガスの塊で遮られてしまいます。そのため、このガスの塊は黒い筋として観測されダークフィラメントと呼ばれますが、実態はプロミネンスと同じものです。



　プロミネンスは、太陽の磁場の力によって太陽大気中に浮かんでいる数万度の電離したガス（プラズマ）です。このガスが、太陽からのさまざまなエネルギーを受けて光を放つことで、私たちは炎のような形や円弧になった形を見ることができます。紹介した画像からプロミネンスの動きを調査する場合には、以下のことを考慮していることを知っておいてください。
 ●解析に当たる上での仮定、注意点 詳細説明
 １：立体的な配置
　プロミネンスのガスの動きは観測画像の平面上を動くものと仮定しています。
２：動きのまやかし（光を放つ物理状態とガスの運動）
　光っている部分の動きを、ガスの動きと仮定しています。
３：太陽の重力と磁力、ガス圧
　結果が太陽の重力加速度と異なる値を示します。

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【２】の「DARTSからデータを得る」の方法で、このプロミネンスの画像データをダウンロードしましょう。データを得るときのキーワードは、

・観測装置はＳＯＴーＦＧ
　FGとはフィルターを使って観測した画像です。
・観測日時は2007年1月12日1時30分頃から1時39分頃

です。
条件設定画面で、左図のようにチェックと日時設定をしましょう。


観測画像のリストを見ると、およそ８秒おきに画像があることが分かります。すべての画像からプロミネンスの位置を読み取るのは大変ですので、1時34分32秒から始まる下記の時間の画像のみにチェックを残しダウンロードしましょう。
01:34:32，01:35:04，01:35:36，01:36:00
01:36:31、01:37:03，01:37:35，01:38:07
01:38:31，01:39:03

解析する画像の時間間隔を短くすると、解析の精度が良くなります。実習時間に余裕があったり、詳しい研究したりをする際には、間隔を短くすると良いでしょう。

DARTSからのデータダウンロードが困難な場合は、サンプルデータを右クリックしてダウンロードし、アーカイブを解凍してください。


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マカリの操作方法に従って、ダウンロードしたFG20070112_013432.1.fitsを開いてみましょう。「開く」ボタンを押して、ファイルを選択すれば画像が見られます。多きな画像ですので、終了ボタンの下の、拡大縮小ツール虫めがねマークの「ー」ボタンを押して全体が見えるようにしましょう。

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 プルダウンメニューにある「画像演算」->「回転」をクリックして、反時計回りに９０度回転すると下図のようになります。回転するのは、高さ方向をy軸に合わせるのが理由です。




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位置を計るプロミネンスのガスの固まりの位置を調べます。画像上でマウスカーソルを動かすと、カーソル位置のXY座標が、左図赤丸のところに示されます。
例では、Xが231、Yが765となっています。これをそれぞれの画像について調べます。
１枚目の画像のXY座標を起点として、経過時間も記録します。画像の撮影日時は、ファイル名になっています。例の画像ですと、2007年1月12日1時34分32秒の撮影日時となります。例では次の画像は経過時間32秒になります。
マイクロソフトエクセルにて、計った値を次のように入力していきましょう。


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調べた位置座標はピクセル（画素）という単位です。これを距離に換算したいので、画像１ピクセルが太陽面上で何キロメートルになるのかを調べます。
マカリのメニューに「FITSヘッダー」というボタンがあります（上左図）。ここを押すと、画像の情報が表示されます（上右図）。たくさんある情報の項目で、上から数行のところにあるNAXIS1が横方向の画像ピクセル数、NAXIS2が縦方向のピクセル数です。項目ずいぶん下の方にあるFOVX、FOVYが画像の視野角です。
■視野角とは
視野角とは、天体の大きさや天体と天体の間隔を表す単位で、単体の端から端までや天体間が見かけで何度になっているかということで表されます。例えば地平線から天頂までの視野角は90度になります。ここでの単位は秒角です。

例の画像は、縦横が1024ピクセルで、視野角は111.575秒角（約112秒角：3600秒角＝１度）となっています。太陽から地球まではおよそ1億5千万kmです。三角関数のtanを使って計算すると、画像の一辺は、1億5千万km×tan112秒角＝81448km　となります。一辺は1024ピクセルですので、１ピクセルは、約79.5km　となります。
※紹介する解析では、位置の読み取りのばらつきが大きいため、太陽地球間距離はその日の値を使いません。他の数値についても同様に上位3桁の概数で扱っても構いません。

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調べたガスの位置座標（ピクセル）に、求めた79.5kmをかけて、位置座標を距離に換算します。 調べた127秒間の間にxy(h)方向にガスが移動した距離から平均速度が求められますね。

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ガスの水平方向(x)と鉛直方向(y)の移動距離の時間変化をグラフにしてみましょう。
水平方向は等速運動になっていますね。鉛直方向は等加速度運動であるようです。

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plot32というフリーウェアのグラフツールを使って、ガスの鉛直方向(y)の移動距離の時間変化をグラフにし、どんな関数で近似されるのかを調べてみましょう。
plot32による近似関数の求め方
※MicrosoftExelの「ツール」->「ソルバー」にて近似関数を求めることもできます。アドオンインストールが必要です。
左図はその結果です。高さをh(km)、時間をt(sec)としますと、結果の関数は、
　　　h=-0.18t2-28.5t+61400 　　となります。
一方で、等加速度運動は、
と表されます。よって、t2の係数の2倍が加速度になりますので、調べたガスに働いている鉛直方向の加速度（上向き）は、-0.36km/sec2となります。
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 求められた加速度-0.36km/sec2は上方へ対しての値です。下方へ働くのは正負逆転して0.36km/sec2となります。
太陽の重力による加速度は、0.27km/sec2ですので、太陽の重力以上の力0.09km/sec2が働いていることになります。
この力にはどんなものがあるのか、考察してみましょう。
考えられるものには、ガスの圧力、磁力などがあります。プロミネンスなど太陽のガスは、太陽の磁力によって形どられる磁力線に集まり、そのガスの圧力と重力、磁力によって運動している証です。


　ひのでの画像が収められているDARTSには、他にもプロミネンスの画像があります。DARTSの使い方を見て他のプロミネンスについて調べられると、さまざまなプロミネンスについて統計的な研究も可能です。
　今回紹介しました、2007年1月12日のプロミネンス画像の他、2006年12月18日世界時13時から16時のカルシウムH線画像にも、いくつもの移動するガスが写し出されています。
　みなさんが観測したプロミネンスのHα線画像でも、同じような研究が可能です。是非トライしてください。