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研究紹介
共同研究NEWS
2026.10.13
【プレスリリース】太陽風の「ミクロとマクロの境界」で磁場のねじれが成長する新現象を発見 －探査機PSPの超高精度データがもたらすプラズマ乱流理論の新たな地平－ (2026.10.13)
【発表のポイント】
・NASAの太陽探査機「パーカー・ソーラー・プローブ」(Parker Solar Probe; PSP)の観測データを用い、太陽風の中で磁場の「ねじれ」「渦」「結びつき」を示す磁気ヘリシティーが、時間とともに大きな構造へと成長していく現象を世界で初めて直接捉えました。
・この磁場の「渦」の大きさの成長が、太陽風プラズマを個々の粒子の集まりとして扱えるミクロなスケール（kinetic scale)と、流体として扱えるマクロなスケール（MHD scale)の「境界領域」で起きていることを発見しました。従来の物理学の枠組み（カスケード理論）では説明できない未知のスケール領域であり、プラズマ乱流の理論を拡張する画期的な発見です。
・乱流輸送の基礎理論の発展により、GPS障害や送電網の停電を引き起こす「宇宙天気」の高精度な予測や、将来のクリーンエネルギーとして期待される「核融合発電」でのプラズマ安定化技術への貢献が期待されます。
太陽探査機「パーカー・ソーラー・プローブ」
Image credit: NASA/Johns Hopkins APL/Steve Gribben
【概要】
ブラウンシュヴァイク工科大学理論物理学研究所（ドイツ）の成田康人教授と飯澤正登実教授代理、東京大学大学院理学系研究科の横井喜充客員共同研究員（兼：東北大学流体科学研究所客員准教授（研究当時））、九州大学大学院総合理工学研究院の松清修一教授（兼：大阪大学レーザー科学研究所招へい教授）らによる１０カ国からなる国際研究チーム（日・独・スウェーデン・豪・米・仏・伊・ルーマニア・ブラジル・ジョージア）は、太陽から吹き出す「太陽風」（注1）において、磁場のねじれ構造を示す「磁気ヘリシティー」（注2）が大きな構造へ成長していく現象を世界で初めて観測しました。
本研究は、粒子の集合としての性質と流体としての性質が交差する境界領域で、磁場の「渦」が自ら大きな構造を作っていくことを示しました。乱流輸送の基礎理論に影響を与えるこの成果は、宇宙天気の精度向上や次世代エネルギーである核融合炉の制御に大きく貢献することが期待されます。
図1. PSPによる観測データから得られた正規化磁気ヘリシティー密度スペクトルを太陽からの距離（横軸）毎にプロットした図。縦はスケールを示す（上に行くほど小スケール）。0.1 AU付近では10Hz付近が流体描像と粒子描像が適用できる領域の「境界領域」。「境界領域」は環境に応じて変動する（論文参照）。黄線は指数関数曲線の一例で、磁気ヘリシティーのスケールが指数関数的に増大していることが分かる。赤と青の二重構造は、スケールによって磁気ヘリシティーの符号が異なること（正負のヘリシティーが共存するバイヘリカル構造であること）を意味する。本測定は衛星搭載のフラックスゲート磁場計による測定としては極めて高速な測定（バーストモード）が行われた地点のデータを部分的に用いており、通常モードでは得られない周波数領域は黒色で示している。
【用語解説】
注1. 太陽風
太陽の表面（コロナ）から宇宙空間へ向かって絶え間なく吹き出している、超高速（秒速数百km）の電離気体（プラズマ）の流れ。地球近傍を含む太陽圏全体に広がっており、地球の磁気圏とぶつかることでオーロラを引き起こすほか、その激しい変動が「磁気嵐」として地上や衛星の社会インフラに大きな影響を及ぼす。
注2. 磁気ヘリシティー
磁場がどれくらいねじれたり、からみ合ったりしているかを示す物理量。電気抵抗や磁場の漏れがない理想的な環境では変化せずに保たれる（保存量である）性質があり、実際の太陽風においてもきわめて崩れにくい「頑健な」保存量として振る舞うことが知られている。磁場が持つ構造の安定性やエネルギーの保持に深く関わっている。
【論文情報】
雑誌名：The Astrophysical Journal Letters (ApJL)
題 名：Nonlocal Evolution of Magnetic Helicity across the Magnetohydrodynamic–Kinetic Interface
著者名：Masatomi Iizawa, Yasuhito Narita, Tommaso Alberti, Stuart D. Bale, Axel Brandenburg, Abraham C.-L. Chian, Horia Comișel, Shuichi Matsukiyo, Nobumitsu Yokoi （独機関所属者以外はアルファベット順）
DOI：10.3847/2041-8213/aea84b
＜関連リンク＞
東北大学プレスリリース
＜問い合わせ先＞
（研究に関すること）
東京大学大学院理学系研究科 客員共同研究員
（兼：東北大学流体科学研究所客員准教授（研究当時））
横井 喜充
TEL: 03-5841-4585
E-mail: nobyokoi*iis.u-tokyo.ac.jp
（*を@に置き換えてください）
（報道に関すること）
東北大学流体科学研究所
国際研究戦略室（広報）
Tel: 022-217-5873
E-mail: ifs-koho*grp.tohoku.ac.jp
（*を@に置き換えてください）
・NASAの太陽探査機「パーカー・ソーラー・プローブ」(Parker Solar Probe; PSP)の観測データを用い、太陽風の中で磁場の「ねじれ」「渦」「結びつき」を示す磁気ヘリシティーが、時間とともに大きな構造へと成長していく現象を世界で初めて直接捉えました。
・この磁場の「渦」の大きさの成長が、太陽風プラズマを個々の粒子の集まりとして扱えるミクロなスケール（kinetic scale)と、流体として扱えるマクロなスケール（MHD scale)の「境界領域」で起きていることを発見しました。従来の物理学の枠組み（カスケード理論）では説明できない未知のスケール領域であり、プラズマ乱流の理論を拡張する画期的な発見です。
・乱流輸送の基礎理論の発展により、GPS障害や送電網の停電を引き起こす「宇宙天気」の高精度な予測や、将来のクリーンエネルギーとして期待される「核融合発電」でのプラズマ安定化技術への貢献が期待されます。
太陽探査機「パーカー・ソーラー・プローブ」
Image credit: NASA/Johns Hopkins APL/Steve Gribben
【概要】
ブラウンシュヴァイク工科大学理論物理学研究所（ドイツ）の成田康人教授と飯澤正登実教授代理、東京大学大学院理学系研究科の横井喜充客員共同研究員（兼：東北大学流体科学研究所客員准教授（研究当時））、九州大学大学院総合理工学研究院の松清修一教授（兼：大阪大学レーザー科学研究所招へい教授）らによる１０カ国からなる国際研究チーム（日・独・スウェーデン・豪・米・仏・伊・ルーマニア・ブラジル・ジョージア）は、太陽から吹き出す「太陽風」（注1）において、磁場のねじれ構造を示す「磁気ヘリシティー」（注2）が大きな構造へ成長していく現象を世界で初めて観測しました。
本研究は、粒子の集合としての性質と流体としての性質が交差する境界領域で、磁場の「渦」が自ら大きな構造を作っていくことを示しました。乱流輸送の基礎理論に影響を与えるこの成果は、宇宙天気の精度向上や次世代エネルギーである核融合炉の制御に大きく貢献することが期待されます。
図1. PSPによる観測データから得られた正規化磁気ヘリシティー密度スペクトルを太陽からの距離（横軸）毎にプロットした図。縦はスケールを示す（上に行くほど小スケール）。0.1 AU付近では10Hz付近が流体描像と粒子描像が適用できる領域の「境界領域」。「境界領域」は環境に応じて変動する（論文参照）。黄線は指数関数曲線の一例で、磁気ヘリシティーのスケールが指数関数的に増大していることが分かる。赤と青の二重構造は、スケールによって磁気ヘリシティーの符号が異なること（正負のヘリシティーが共存するバイヘリカル構造であること）を意味する。本測定は衛星搭載のフラックスゲート磁場計による測定としては極めて高速な測定（バーストモード）が行われた地点のデータを部分的に用いており、通常モードでは得られない周波数領域は黒色で示している。
【用語解説】
注1. 太陽風
太陽の表面（コロナ）から宇宙空間へ向かって絶え間なく吹き出している、超高速（秒速数百km）の電離気体（プラズマ）の流れ。地球近傍を含む太陽圏全体に広がっており、地球の磁気圏とぶつかることでオーロラを引き起こすほか、その激しい変動が「磁気嵐」として地上や衛星の社会インフラに大きな影響を及ぼす。
注2. 磁気ヘリシティー
磁場がどれくらいねじれたり、からみ合ったりしているかを示す物理量。電気抵抗や磁場の漏れがない理想的な環境では変化せずに保たれる（保存量である）性質があり、実際の太陽風においてもきわめて崩れにくい「頑健な」保存量として振る舞うことが知られている。磁場が持つ構造の安定性やエネルギーの保持に深く関わっている。
【論文情報】
雑誌名：The Astrophysical Journal Letters (ApJL)
題 名：Nonlocal Evolution of Magnetic Helicity across the Magnetohydrodynamic–Kinetic Interface
著者名：Masatomi Iizawa, Yasuhito Narita, Tommaso Alberti, Stuart D. Bale, Axel Brandenburg, Abraham C.-L. Chian, Horia Comișel, Shuichi Matsukiyo, Nobumitsu Yokoi （独機関所属者以外はアルファベット順）
DOI：10.3847/2041-8213/aea84b
＜関連リンク＞
東北大学プレスリリース
＜問い合わせ先＞
（研究に関すること）
東京大学大学院理学系研究科 客員共同研究員
（兼：東北大学流体科学研究所客員准教授（研究当時））
横井 喜充
TEL: 03-5841-4585
E-mail: nobyokoi*iis.u-tokyo.ac.jp
（*を@に置き換えてください）
（報道に関すること）
東北大学流体科学研究所
国際研究戦略室（広報）
Tel: 022-217-5873
E-mail: ifs-koho*grp.tohoku.ac.jp
（*を@に置き換えてください）