ほしぞloveログ

天体観測始めました。

タグ:プロミネンス

今回の記事は座学です。太陽撮影でよく見ているプロミネンスですが、ほとんど何も知らないことがよくわかりました。関連する事柄を調べたので、メモがてら書いておきます。

そもそもの疑問は、黒点から出ていた2本の線ですが、Hαからズレたところで見えていて、Hαだと見えないと謎だったのですが、ドップラーシフトで青側に寄ったガスの噴出だということです。


でも、ズレたということは元々はHαのみで見えるということになりますが、太陽内部から出てくるときにHαで吸収されていると思っていたので、なぜHα以外の波長で輝度がないのかが疑問でした。要するに、このガス噴出と思われるものは、Hαの吸収線なのかHαの輝線なのかという疑問です。

このガスの前に、もっと身近で毎回撮影しているプロミネンスも同じ疑問が出てきます。縁(へり、リム)のところに出ているプロミネンスはご存知の通り、PSTなどの太陽望遠鏡でHαからズレると途端に見えなくなり、背景の黒だけが見えるようになります。この現象から推測すると、Hαでよく見え、周りの波長の輝度ははるかに小さい、輝線ということがわかります。

一方、プロミネンスが光球面上に存在すると、今度はダークフィラメントと呼ばれて、周りより温度が低いので暗く見えます。この場合はHαを見たときに、光球面の明るい周りの波長がカットされて残ったHαのみが見えるというわけです。この場合は二通り考えることができ、光球面の特徴的な模様とともにダークフィラメントも見えてくるような吸収線と考えることもできますし、そもそもHαのみに輝度を持っている輝線と考えることもできます。

では、そもそもプロミネンスってなんなのでしょうか?少し調べるとわかりますが、プロミネンスとは低密度で百万度以上の高温プラズマ中に浮かぶ、高密度の1万度程度の低温プラズマとのことです。ここでいう、高温プラズマとはコロナのことです。高度百万キロ程度の希薄なコロナの中に、プロミネンスが雲のように濃く存在しているということです。そしてその低温プラズマは採光面からの水素に照らされて吸収と放射を繰り返し、Hαで輝く輝線となるとのことです。太陽の縁のあたりに見えるプロミネンスの場合、背景は希薄なコロナで何も見えず(Hαやその周りの波長では輝いていない)、Hαで見るとプロミネンスのみが見えるということです。

ダークフィラメントも基本的には同じものですが、背景が光球面ということだけが違います。吸収と放射でHαに明るさを持つことは同じですが、背景が明るいためにHα以外では真っ白になってしまい、Hαのみを見ると温度の低いダークフィラメントが暗く写るということです。

プロミネンスがプラズマだったなんて全然知りませんでした。また、なんでHαのみで見えるのかの理由も深く考えたことはなかったのですが、輝線で輝いているということもはっきりわかりました。

このプロミネンスですが教科書レベルの本で調べると、大きく分けて静穏型プロミネンスと活動型プロミネンスの2種類に分けられるそうです。
  • 静穏型は数週間大体同じ形を保つもので、全体の構造はほぼ静止状態、ただし内部のガスは数km/秒くらいでゆっくり流れ落ちている。
  • 活動型は運動状態にあり数分から数時間で形を変えるもの。
我々が普段撮影するのはほとんどが静穏型なのかと思います。活動型は変化が相当速くて大規模な変化が多く、フレアとも大きく関係するため、その名の通り相当活発なもののようです。活動型はタイムラプスなどでは変化がよく見え、迫力ある映像になるのかと思います。

活動型はさらに以下のようにいくつかの種類に分けられるということです。
  • 噴出型プロミネンス
  • スプレイ
  • サージ(ジェット型プロミネンス)
  • ループプロミネンス(ポストフレアループ)
最初の噴出型プロミネンスは静穏型プロミネンスが突然不安定になり上昇や消失してしまう現象で、上昇速度は数百km/秒でかなり速いです。フレアとも関係があり、噴出型プロミネンスが発生するとフレア現象が起こることも多いそうです。

スプレイはフレアからガスがバラバラに飛び散りながら噴出する現象で、速度がさらに速く500-1200km/秒。噴出型プロミネンスとの違いは、噴出型プロミネンスは元々プロミネンスやフィラメントが存在しているのに対して、スプレイはフレア前にはプロミネンスもフィラメントもなかった(見えなかった)ということなので、明確な違いがあることになります。

さて、今回見た2本の線は、この分類からいくと「サージ」になりそうです。ジェット型プロミネンスとも呼ばれているようです。速度は数十から数百km/秒とのことなので、前ページで見積もった速度とも大方一致します。面白いのはこのサージも、噴出前にプロミネンスもフィラメントも存在しないことです。このことも、今回数分後に撮影したHαには少なくともフィラメントのようなものは見えなかったので、これも一致しているといっていいのかと思います。

さらに、プロミネンスとドップラーシフトで検索してみると、さまざまなページが見つかります。特に、天文台などの大型望遠鏡で撮影したデータから、ドップラーシフトで解析したというような高校の天文部などの記事も見つかります。この場合、Hαからの波長のズレがどれくらいかはっきりと分かっているので、逆に画像からプロミネンスの速度を求めようというような方向が多いです。

今回わかったことをまとめます。
  • 今回見た黒点からの2本の線は、サージもしくはジェット型と呼ばれる活動型プロミネンスの一種。
  • プロミネンスとは高温プラズマであるコロナに浮かぶ低温プラズマで、採光面からの水素に照らされてHαで輝く輝線であること。
  • サージは速度が数10km/sから数100km/sと速く、ドップラーシフトが起こり、地球から見た方向によって波長がHαから短い青側もしくは長い赤側にズレる。
  • PSTなどの太陽望遠鏡ではHαからわざとズラしてやることで観測できる。
これでかなりスッキリしました。

うーん、これまでプロミネンスとか黒点とか写っているだけで喜んでましたが、やはりその背景を知るとさらに楽しくなってきますね。もっと勉強すべきですが、こういった自分で撮影したものがきっかけでさらに調べていくというのは、とてもいい機会になるのかと思います。

今回撮影した不思議な現象の謎もほとんど解けたので、今回でサージ関連の記事は一応終わりです。次回もし書くとしたら、再びHαからズラしてみることを気にかけておいて、何か見えたときに再び記事にしようと思います。その際は、時間変動や波長依存性などを撮影することがきたらと思いますが、一度に両方は無理でしょう。今回のように、ここまであからさまなドップラーシフトしたサージをはっきり見た画像あまり数がないようで、そこそこ珍しい現象のようです。チャンスがあったらその機会を大切に撮影したいと思います。







非常に有益な情報が!

昨日の太陽撮影の記事に、hasyamaさんという方から早速有用なコメントをいただきました。どうやら黒点から伸びるあの謎の線は、ガスの噴出現象とのことです。

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上昇方向で地球方向に向かってくるガスだとすると、ドップラーシフトで波長が青側に移るために、エタロンを波長が短くなる方向に回転すると、このようガスが見えることがあるということです。逆に、下降方向などで地球から遠ざかる向きの場合は赤側にシフトするとのことです。

コメントにはFacebookへのリンクも書かれていて、以前にも同様のものが波長がずれたLUNTで撮影されたとのことです。その投稿によると、やはりこのガスの噴出はそこそこ珍しいもので、あまり頻繁に撮影されているものではないようです。

今回は実際に何をみているのか、矛盾点はないかなど、自分なりに評価してみました。新たに疑問点が出たりしていますが、ある程度納得できたので記事にしておきます。


そもそもHαで何を見ているのか?

でもそもそも、なぜガスがHαで見えるのか、理由がまだよくわかっていません。光球面は納得できます。Hαに吸収線があり、Hαの653.6nmに合わせたエタロンでそこだけ透過させると、他の波長の明るい部分を除外することができ(吸収されながらも残った)Hα固有の光で作られる模様を見ることができます。要するに、吸収された光なのでHα部分は周りの波長より暗いということです。その一方、例えば彩層面からはるかに高いところまで写る派手なコロナまで含む30.4nmや19.3nmの光は、吸収線ではなく輝線です。すなわち周りの波長より明るいということです。

Hα領域の光は太陽表面に出てくるまでに吸収されるので、プロミネンスや噴出するガスも同様にHαに吸収線を持っていることは容易に想像がつきます。でも上で書いたように、Hα領域は周りの波長より暗いので、他の波長では明るく光っていることになります。光球面上は明るすぎるので、その明るさをエタロン除いてやるとHαがよく見えるようになるのはわかります。でもプロミネンスを見ている太陽の縁のところの背景は、光球面よりはるかに暗く、それに比べてHα以外の波長で明るいはずのプロミネンスが、エタロンの調整角をHαからずらしたら見えなくなるのかが、まだ理解できていません。

私の太陽の知識はせいぜいこれくらいです。まずはこの疑問を解決したいです。


波長のずれを見積もってみよう

とりあえず上の疑問は疑問として置いておくとして、その上で今回見えたガスも、プロミネンスと同様に元々はHαのみで見えるものなのでしょう。仮にそうだとして、エタロンで光球麺を見た時、狭い透過波長のみで見ることになるので、その周りの波長は暗く見えて、その結果ガスも見えることになるのかと思います。

この仮定の元、今回Hαからずらしたエタロンで見えたガスがドップラーシフトによるものだとして、ガスの速度から計算できる波長のズレと、エタロンの調整角から推定できる波長のズレが、一致するのか、それとも全然おかしいのか、簡単に評価してみたいと思います。

まずガスの速度からの見積もりです。
  1. ガスの長さは太陽直径の100分の1よりは大きくて、10分の1には届いていないくらいですが、ざっくり1/10とします。
  2. 太陽の直径はざっくり地球が100個並ぶくらいで、地球の直径はざっくり1万kmとすると、100万kmのオーダーです。
  3. なのでガスの長さはざっくり10万kmとします。
  4. ガスが伸びる時間は1分よりは長くて1時間よりは短いと思うので、とりあえず1000秒としましょう。
  5. そうするとガスの速度は10万km / 1000秒 = 100km/秒程度となります。
  6. 光の速度は30万km/秒で、それが100km/秒程度ぶん圧縮されるとすると、ドップラー効果で波長も同様の比率100/300000 = 1/3000くらいで短くなるので、653.6nmは0.2nm程度短くなります。

次にエタロンの回転で変わる波長です。
  1. PSTのエタロンの透過波長性能は、1Å = 0.1nm程度です。
  2. エタロンは半回転くらいしかしませんが、半回転の4分の1くらい回すと見えているHα領域がほとんど見えないくらいになります。ということは8分の1回転で変化する波長が1Å程度と考えてオーダー的にはおかしくないでしょう。
  3. 今回エタロンは波長の長い側か短い側かはわかりませんが、完全に端に回し切ったところにに行っていました。ということは、真ん中がHαに合っているとして、半回転のうちのさらに半分回っていたことになるので、4分の1回転回っていたことになります。
  4. 1/8回転で1Å = 0.1nmなので、4分の1回転回っていたとすると、エタロンでは2Åぶん、すなわち0.2nm程度Hαから波長がズレていたことになります。

おおっ!!

ものすごいラフなオーダー計算ですが、ものの見事に0.2nmで、両者ドップラー効果の波長のズレとエタロンの波長のズレが一致しました。多少のファクターのズレはありますが、少なくともオーダー的にはドップラー効果でHαからズレたガスを見ていたと結論づけておかしくなさそうです。


以前の撮影でもジェットが!

そういえば、以前もジェットのようなものを見たと報告したことがあるのを思い出しました。


この時はHαで見ていたはずですが、真横に出ているので地球方向に向かう速度成分はほとんどなかったのかもしれません。また、ジェットが数分で伸びていると書いてあるので、もしかしたらジェットの速度は今回見積もったものよりもかなり速いのかもしれません。ただし、それに地球方向の速度成分をかける必要があるので、それでもオーダー的にはそこまで間違っていないかと思います。


プロミネンスでも波長のずれは起こる?

ところで、プロミネンスもタイムラブスで見ると非常に高速に動いていることがわかります。下の動画は以前撮影したものですが、わずか19分間でこれだけ動いています。
Blink

プロミネンスの移動速度もそこそこ出ているはずで、地球に向かう速度成分も多少はあるとすると、エタロンを回転して調整する時に、いつも光球面とプロミネンス部でエタロンの最適位置が合わないように思えるのは、もしかしたらこちらもドップラーシフトが起こっているからなのでしょうか?


まとめ

簡単なオーダー見積もりでしたが、少なくともドップラー効果で波長がズレたものが見えていたようだということは納得しました。

でもまだなぜプロミネンスやガスがHαだけでよく見えるのかは納得できていません。どこかにいい説明はないのでしょうか?

でもこうやって、自分で撮影した謎の現象が理解できているというのは、とても面白いです。天文趣味の醍醐味の一つなのかと思います。






休日が晴れた時は太陽撮影をできるだけしようと思っています。やっと秋らしくなり、昼間の撮影でも暑くなくて快適です。

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最初準備している時は曇りがちだったので、C8の補正板の清掃をしたり、カメラのチルターを新しいものに交換したりなど、少し機材メンテナンスをしました。補正版はここしばらく触ってなかったのでほこりだらけでした。

あと、新しいPCで太陽撮影ができるようにアプリをいくつかインストールしました。といってもすでに電視観望で使っているPCなので、新たにインストールしたものはCelestronのASCOMドライバーとImPPGだけです。あとはSharpCapを最新版にしたくらいでしょうか。

まずはPSTでのHα画像です。鏡筒はC8でカメラはASI290MMなので、そこそこ拡大しています。曇りの間を狙っての撮影となりましたが、シーイングも良くないので、ボケボケです。大きな黒点は見当たらず、細かいものがいくつか出ていました。下の画像は一つ一つは小さいですが、少し密になっている黒点で、上半分がAR3451群で、下半分がAR3452群になります。

13_14_38_lapl4_ap493_IP_cut


プロミネンスもでていますが、その中で一番大きいものを。
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次に、白色画像です。あ、カメラをASI290MMそのまま使ってしまったので、いつも入れているPlayer OneのPhotosphereフィルター入れるの忘れてました。なので、白色光です。上で見せた黒点AR3451群とAR3452群になります。シンチレーションは良くないのに、さらにPhotosphereフィルター入れてないのに、意外に粒状班が見えています。前回のApollo-M MINIからカメラのピクセルサイズが半分程度になったのが効いているのかと思います。

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その後、4倍のPowerMATEを入れて、シーイングが良くならないか少し期待して30分ほど粒状班撮影をしてましたが、全然ダメでした。上の等倍のと解像度がほとんど変わらないくらいです。カメラの分解能は上がっているので、逆に倍率が高すぎたのでしょうか?明日と明後日、昼間晴れたらもう少し試してみます。

いずれにせよ、シーイングはとにかく見てみないと分からないので、今後もうしばらくは続けたいと思います。でももう秋だから北陸だとそもそもシーイングはダメなのかもしれません。

休日で晴れているので太陽撮影です。大きな目的は粒状班ですが、まずはHα画像から。


セットアップ

取り掛かったのは、がストのモーニングでのんびりして帰ってきてからの、ちょうど正午12時くらいからでしょうか。

まずはいつものC8とPSTです。まずPCの画面に写した段階で、そこまでシンチレーションは酷くはないですが、前回の9月10日の時よりも明らかに揺れています。もうこの時点で粒状班は諦めました。Hα画像も処理をしてみると分解能が明らかに劣っています。なのでこの日の画像は記録程度の意味しかありません。


Hα画像

結果だけ示します。真ん中ら辺に目立つ黒点が2つ出ていました。宇宙天気ニュースによると、大きい方からAR3435とAR3440だそうです。番号が小さいほうが先に出ていたもので、先に裏側に回り込みます。

AR3435
12_44_01_lapl4_ap485_IP


AR3440
12_31_29_lapl4_ap530_IP

シンチレーションがいいとImPPGのSigmaが小さい値でかなり細かい模様が残り、分解のがいいことがよくわかります。9月10日の画像は1.5とかせいぜい2でした。シンチレーションが悪くなると、Sigmaの値を大きくしてごまかすような形になります。今回は3とか4でしたので、やはり分解能がでないです。

プロミネンスもいくつか出ていましたが、一つだけ撮影しました。

12_15_48_lapl4_ap530_IP

撮影データです。
  • 撮影場所: 富山県富山市
  • 撮影時間: 2023年9月24日12時15分-12時44分
  • 鏡筒: Celestron C8、口径203mm、焦点距離2032mm、F10
  • エタロン: Coronado P.S.T.
  • 赤道儀: Celestron CGEM II
  • カメラ: ZWO ASI290MM
  • 撮影ソフト: SharpCap 4.1 (64bit)
  • 画像処理: AS3にてスタック、ImPPGで細部出し、PhotoshopCCで後処理


VISACでの粒状班撮影

シンチレーションが悪いので多分ダメなのはわかっているのですが、一応粒状班を撮影してみました。前回PowerMATEの2倍では拡大率が不十分だったので、今回はPowerMATEの4倍を使いました。

今回はC8だけでなく、VISACでも撮ってみました。もしかしたらC8に固有の問題があるかもしれないとも思ったからです。でも見た限りだと、C8もVISACもどちらも同様で劇的な違いはなく、どちらも全然ダメでした。

IMG_8604

撮影したものですが、結局画像処理をするとC8でとったものの方が少しだけよかったので、こちらを載せておきます。

13_12_03_lapl4_ap667_PI_cut

でもまだ分解能が全然足りていません。また休日に晴れていたら撮影してみます。


今年の夏は殺人的な暑さでした。9月に入ってやっと少しだけ暑さが和らいだのと、休日と晴れが重なったので、久しぶりに太陽撮影を試みました。2023/9/10の撮影分になります。前回の太陽撮影はゴールデンウィークの頃なので、もう4ヶ月も前のことになります。


今回の主な目的は2台のPSTを比較して2台目の方が良像範囲が広いと判断した5月の検証を再度確かめることです。




黒点

黒点群AR3423です。この日はシンチレーションも悪くなく、そこそこ細部まで出たのかと思います。

10_02_58_lapl4_ap530_cut
  • 撮影場所: 富山県富山市
  • 撮影時間: 2023年9月10日10時2分
  • 鏡筒: Celestron C8、口径203mm、焦点距離2032mm、F10
  • エタロン: Coronado P.S.T.
  • 赤道儀: Celestron CGEM II
  • カメラ: ZWO ASI290MM
  • 撮影ソフト: SharpCap 4.1 (64bit)
  • 画像処理: AS3にてスタック、ImPPGで細部出し、PhotoshopCCで後処理

元のモノクロのカット前の画像が下になります。

10_02_58_lapl4_ap530_mono

左側がのっぺりしているのがわかると思います。これを見る限り良像範囲は8割程度でしょうか。前のPSTが3-4割といったところだったので、かなり使える範囲が増えたのかと思います。 細部もそこそこでているので、今後も2台目PSTでそのまま継続できるかと思います。

一つ心配なのが、真ん中から右にかけてなぜかピントがずれたように見えます。もっと右に行くと大丈夫そうなのですが、少し謎です。再発するようなら原因を探ってみます。


プロミネンス

この日はプロミネンスもたくさん出ていました。目立つものをいくつか載せておきます。画像処理はあまり気合が入っていません。

まずは、かなり広い範囲に渡ったプロミネンスですが、手前側の光球面上に広がっている様子もわかります。プロミネンス越しでは光球面の細部が出にくくなっているのがわかると思います。
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こちらも下部からプロミネンスが伸びて繋がっているのがわかります。やっとここら辺を出せるようになってきました。
10_07_34_lapl4_ap539_cut

スピキュールがピンピンしてますね。こんなときはシーイングがいい日だということがわかります。
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粒状斑

前回C8にアルミシートを巻いて、少し熱流対策をしました。その効果かわかりませんが、2倍のPowerMATEで少し粒状斑が出ました。

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でもまだ動画の時点ではっきり出ているとは言い難いので、まだシーイングがかなりいいとは言えないでしょう。太陽撮影は休日に限られてしまうのでタイミングが難しいのですが、できるだけシーイングがいい日を探して継続していきたいと思っています。


まとめ

やっと昼間に太陽を見る気になるような気温になってきました。忙しくてブログをまとめてなかったのですが、明日から日曜、月曜と連休を利用しての京都の「星をもとめて」なので、それまでにまとめておこうと画像処理も含めて記事を書き上げました。

今日の夜は飛騨コスモス天文台で観望会、でも天気は微妙です。明日は朝から京都「星もと」へ移動です。星もとでは胎内に引き続いて、ユニテックブースでSWAT+AZ-GTI=SWAgTiの展示とデモをする予定です。関西の星仲間に会えるのを楽しみにしています。


久しぶりの太陽撮影です。

去年の秋ごろ、太陽の粒状班を出したくてちょくちょく撮影していたのですがなかなかうまくいかず、しかも冬に入ると大気の揺れが激しくて全然だめだったので、太陽撮影からしばらく離れていました。春になって再開しようと思っていたのですが、休日と晴れがなかなか合わず、連休に入ってやっと少し時間をとることができました。

今日は復帰程度なので、簡単に何ショットか撮っただけです。撮影時間は5月3日の昼の12時くらいです。まずはC8+PSTでHα撮影です。最近は太陽活動がかなり活発なようで、今日も特大サイズとかは出てませんでたが、中位の黒点が多数見えました。その中の最も密な所です。

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Hαが見えている部分がやはり少ない気がします。もっと縞々な範囲が増えてもいいのかと思うのですが、PSTのエタロンの限界でしょうか。

他にプロミネンスが2枚です。
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擬似カラー化したのですが、ちょっと色が濃すぎかもしれません。イマイチ画像処理の勘が取り戻せてない気がします。

次はBaaderのND5フィルターに、Player OneのPhotosphereフィルターを付けたものです。鏡筒はC8、カメラは借り物のPlayer OneのApollo M-MINIを使っています。

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粒状斑らしきものがそこそこ出ています。Photosphereフィルターとグローバルシャッターのおかげでしょうか。春なのでシンチレーションがいいことも大きいかと思います。

気を良くしてTeleVueの2倍のPower MATEを入れてみました。位置は上の画像のすぐ下くらいになります。
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それでもイマイチ解像度が上がりません。

その後試しに、このセットアップで遠くの家の屋根とかを見てみました。初めは光軸があってないのかなと思って調整してたのですが、そこまで悪くはないようです。調整をしているときに瓦屋根の一部が太陽の光を点状に反射して、星のようになっているところがあったので、その内外像を見てみました。まるで温度順応がされていない時のようにひどく瞬いています。黒い鏡筒なので太陽に当たるとかなり熱くなります。これは流石にダメな気がしてきました。次は鏡筒にアルミ箔を巻いて試してみることにします。


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