千葉大がスパコン「京」で太陽最古の謎解決に王手

千葉大学大学院理学研究科の堀田英之特任助教らの国際チームは25日、スーパーコンピュータ「京」で可能になった超高解像度計算により、太陽活動11年周期を作るような大規模な磁場構造を生成・維持するメカニズムを世界で初めて解明したと発表した。本研究成果は、米科学誌『Science』（25 March 2016, VOL. 351）で発表した。

計算によって得られた乱流(上)と磁場(下)の様子。

太陽には黒点という強磁場領域があり、その科学的観測はガリレオ＝ガリレイが400年以上前に始めて以来、現在に至るまで継続されている。この黒点数は11年の周期で変動しているが、そのメカニズムは未だ明らかになっておらず「太陽最古の謎」と呼ばれているという。

また、1600年代中頃から70年程度黒点がなかった時期があり、その期間には地球が寒冷化していたことが示唆されている。謎の解明は地球環境を考える上でも急務だという。

太陽内部は乱流で占められており、この乱流運動が磁場を生成していると考えられていおり、太陽内部に存在する高度なカオス的運動をする小スケールの乱流の中から、 11年の周期を生み出す秩序立った大規模磁場を生み出す過程が大きな謎だった。

今回、スーパーコンピュータ「京」のような大規模計算機を効率的に扱うために、研究チームが独自に開発した計算法「音速抑制法」(*1)を利用することで可能になった超高解像度計算により、カオス的小スケールの乱流から大規模な磁場を生成するメカニズムが明らかになった。

計算では、カオス的状況を維持しながらも10年スケールの磁場活動の周期を再現した。超高解像度計算では小スケールの磁場生成が活発になることで流れ場を強く抑制し、秩序立った大スケールの流れのみが許されるようになり、その結果、カオス的な状況の中でも秩序立った磁場が生成されることが明らかになった。

*1:「音速抑制法」とは、計算負荷軽減のために実効的な音速を遅くする方法である。 これまでの手法に比べて大規模計算機を効率的に使える。