皆既日食のとき、他の人たちが「太陽を食べる犬」を見ている間、彼は彩層を観察していた。

編集者注:

日食を見る機会があったら、何に注目しますか?

この記事の著者は太陽光関連の研究に従事しています。 4月初旬には、米国で初めて皆既日食も観測した。 「内部者」として、彼は日食をどう考えているのでしょうか?

北米時間2024年4月8日の午後、北米大陸で今年世界で唯一の皆既日食が発生しました。この皆既日食はメキシコ、アメリカ、カナダで同時に観測できます。皆既日食ゾーンには3,200万人の永住者がいる。北米大陸の住民の多くは、家から出るだけでこの天体の饗宴を見ることができます。彼らはかなり幸運だと言えるでしょう。

次にアメリカ本土で皆既日食が直接観測できるのは2044年なので、北米の一部高齢者にとってはこれが皆既日食を観測できる最後のチャンスになるかもしれない。今年は太陽の11年周期の活動のピーク（太陽活動周期25）の年と重なり、また太陽活動のピーク年（2024～2025年）に起こる世界唯一の皆既日食でもあるため、特に貴重な現象です。

学界もこの皆既日食を非常に重要視した。たとえば、TESS 会議 (3 年ごとの地球太陽サミット) は日食ゾーンにあるダラスで開催されました。サンアントニオでは、世界最先端の太陽観測機器3つ（NASAのパーカー・ソーラー・プローブPSP、ESAのソーラー・オービター、ハワイのイノウエ太陽望遠鏡DKIST。ちなみに、最初の2つは今年の太陽年のために特別に作られたもの）が共同で主催した皆既日食学術会議（本当にこの名前で呼ばれているんですね…）もありました。

私はこの皆既日食の学術会議に出席し、多くの同僚とともに日食を観察しました。私たちのほとんどにとって、皆既日食を見るのは初めてのことでした。

タイムラプス写真から、空が明るい状態から暗い状態（そして再び明るい状態）に変化する過程をはっきりと見ることができます。

パート1

太陽は「食べられた」のではなく、遮られただけである

月が太陽と地球の間を移動し、3つが同一直線上にある場合、月は太陽から地球への光を遮り、地球の表面に暗い影を形成します。これは日食です。

地球表面における月の影は、本影と半影の 2 つの領域に分けられます。本影エリアの人々は、おそらく肉眼で見える最も壮観な天文現象である皆既日食を楽しむことができます。同様に、半影地域の人々は日食用メガネを通して部分日食や金環日食を楽しむことができます。

本影と半影の模式図

(画像出典: https://www.businessinsider.com/solar-eclipse-diagram-2017-8)

下の写真は、皆既日食の際にスターリンク衛星が撮影した地球上の月の影を示しています。暗黒の部分が本影領域です。

（画像出典：https://twitter.com/Starlink/status/1777441354588791206）

パート2

私たちと一緒に、普段は見ることのできない太陽を見に来てください。

日食は太陽の構造を観察するのに最適な時期です。

太陽の大気の構造は 4 つの層に分かれていますが、私たちが通常目にできる太陽は、光る層、つまり光球(Photosphere、Photo は光を意味するラテン語の語源) だけです。さらに、日食のときにしか見られない光景もたくさんあります。

太陽大気の構造

皆既日食が起こると、月が光球を完全に覆います。この部分の温度は約6000度です。黒体放射の公式によれば、その主な電磁放射エネルギーは可視光帯域（380ナノメートルから750ナノメートル）に集中していることがわかります。

光球が完全に遮られると、通常は太陽の白色光で隠されている太陽の上層大気、すなわち彩層（Chromosphere、Chromoはラテン語で色を意味する）とコロナ（Corona、その形が王冠に似ていることから名付けられた）が光るようになります。

1. クロモスフィア

日食が最大になった後、皆既日食で最も目を引く特徴は、月の外側に点在する明るい赤い構造物です。これが彩層であり、その中でも特に目立つ部分はプロミネンスと呼ばれます。

太陽の大気の不安定な（そのため凹凸のある）層である彩層の形成は、いまだに部分的に謎に包まれた現象です。彩層の温度は摂氏約10,000度から35,000度なので、鮮やかな赤色をしています。高温の影響により、彩層表面の水素原子の電子が励起され、エネルギーレベルが n = 3 から n = 2 に遷移します。これらの電子のエネルギー準位遷移によって放出される電磁波のうち、波長656.46ナノメートルのバルマー線系列のHアルファ線は明るさにおいて絶対的な優位性を持っているため、彩層の色は明るい赤色に見えます。

実際、彩層は非常に薄く、通常は厚さ 2000 キロメートル、太陽の半径の 3% 未満です。そのため、月と地球の相対運動が特定の特別な位置に達したとき、つまり皆既日食が発生したときにのみ、彩層の真の姿を見ることができます。

2. コロナ

彩層の外側にはかすかな白い構造も見られますが、これは王冠に似ていることからコロナと名付けられています。

肉眼では観察できませんが、皆既日食の際には、露出の低い写真を複数枚組み合わせることで、太陽半径の20倍に及ぶコロナをカメラで撮影することができます。上の写真から、これが太陽年のピークであり、コロナループ、ヘルメットストリーマー、疑似ストリーマー、コロナプルームが太陽表面全体を覆っていることがわかります。

左は2019年の南米皆既日食、右は2023年のオーストラリア皆既日食

（写真家：2019年 ミロスラフ・ドリュックミュラー、ピーター・アニオル、2023年 パベル・シュタルハ、シャディア・ハバル、ミロスラフ・ドリュックミュラー）

上記の 2 つのコロナ画像は、今日達成された日食写真撮影の最高レベルを示しています。太陽活動周期は太陽表面の黒点の数によって決まります。 2019年は第25太陽活動周期の最初の年であり、最も弱い年でもあります。コロナは教科書通りの標準的な構造を示していることがわかります。黄道面には大規模なヘルメット流があり、北極と南極はプルームに対応する開いた磁力線になっています。 2023年はすでに太陽活動がピークを迎える年であり、あらゆる方向に広がる煙が見られ、写真の左下隅にはコロナ質量放出（CME）も見られます。

皆既日食とコロナグラフの比較

（写真家：2015年 ミロスラフ・ドラックミュラー、シャディア・ハバル、ピーター・アニオル、パベル・シュタルハ、ESA、NASA）

興味があるかもしれません。今では技術がこんなに進歩しているのに、科学者はいつでも太陽コロナを見ることはできないのでしょうか?答えは「はい」であり、「いいえ」でもあります。上の写真は、2015 年のフェロー諸島の日食のコロナグラフの比較です。左は皆既日食の写真、右はNASAのSOHO宇宙船に搭載されたLASCOコロナグラフからの画像です。月によって遮られた太陽により、コロナグラフよりもはるかに詳細な情報を見ることができることがわかります。さらに、コロナグラフでは太陽半径 2 倍の外側のコロナしか見ることができません。皆既日食は今でも太陽半径2つ以内のコロナを観測できる唯一の手段です。

パート3

噛む！皆既日食（不完全）観測のお知らせをご確認ください

この日食を見逃しても、あまり落ち込まないでください。

次の皆既日食は2026年8月12日に起こります。この日食を観察したい場合は、グリーンランド、アイスランド、またはスペインとポルトガルの一部の西海岸近くの海に行くことができます。

注目すべきは、スペインとポルトガルでは、この日食が日没時に起こることです。真夏のスペイン、大西洋岸の日没時に、月と太陽が何百万年も前に交わされた約束を守り、ここで互いを覆い隠す様子を想像してみてください。とてもロマンチックでしょう（笑）。

国内で皆既日食を見たいなら、2034年と2035年に1回ずつあります。2034年の皆既日食は青海チベット高原西部の日没時に発生し、2035年の皆既日食は北京近郊で見られます。

この記事を読んだ後、次の日食では何が見えるでしょうか？

出典：サイエンスアカデミー公式アカウント