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[宇宙速報]太陽の黒点と磁場
2019年6月10日掲載
<太陽の磁場>
太陽の回転に伴って太陽内部には数十億アンペアの電流が流れています。これによって1ガウス程度の強力な磁力線が太陽の南北方向に発生しています。太陽の回転は32日で1周する高緯度地帯より27日で1周する低緯度地帯の方が速く、赤道部の動きに引きずられて南北方向の磁力線も東西赤道部に巻き付くようにズレてゆきます。緯度によって異なる回転から生じたズレは半年後には赤道部で1周し、3年後には磁力線も6周ほど巻き付いてしまう。こうして何年もの間に東西赤道部を中心に引き伸ばされ狭い範囲に平行して走り密度を増した磁力線は互いに反発しあい、部分的に光球面から浮き上がり、コリオリの力を受けてねじられます。特に、黒点の磁場は数千ガウスにもなります。
 
宇宙速報061001
2006年9月22日、M-Vロケット7号機で打ち上げられ科学衛星「ひので(SOLAR-B)」、日本の国立天文台(NAOJ)と宇宙航空研究開発機構宇宙科学研究本部(JAXA/ISAS)がアメリカのNASA、イギリスのPPARCと共同で開発した太陽観測衛星です。
「ひので」は先代の太陽観測衛星「ようこう」の観測成果をさらに発展させることを目標に開発されました。「ようこう」は太陽表面活動と太陽磁場との関係について多くの発見をしており、その後もESAとNASAが共同で開発した太陽観測衛星「SOHO」やNASAの「TRACE」によって詳細な研究が行われていますが、当機ではその延長としてコロナ加熱問題や、太陽フレアなどコロナ内部における爆発現象の発生過程の解明、特にそれらの太陽磁場の微細構造との関係を詳細に掘り下げて調べることが主な目的です。そして、現在も太陽観測を続けていて、種々の観測データを送ってきています。
 
宇宙速報061002
 
国立天文台と理化学研究所の研究者を中心とした国際研究チームは、太陽観測衛星「ひので」に搭載された可視光・磁場望遠鏡により、太陽極域の磁場観測を定期的に行ってきましたが、1912年、極域磁場の極性が予想より早く反転しつつあることを世界で初めて捉えました。
この頃、太陽の南北両極の極性は、2013年5月に予想される太陽活動極大期にほぼ同時に反転すると予想されていました。ところが、2012年1月の「ひので」による観測で、予想される時期より約1年早く北極磁場がほぼゼロ近くになっていることが発見されました。現在太陽の北極域では、逆極性の磁場が大規模に消滅しつつあり、太陽の北極磁場がまもなく反転すると予想されます。一方、南極は安定しており、極性反転の兆候がほとんどみられていません。これらの研究成果は、これまでの太陽極域磁場の極性反転過程に対する認識に変更を迫る、極めて重要な結果です。
この反転に伴い太陽の全体的な磁場が4重極磁場になることが予想されています。「ひので」の詳細な観測結果によって、S極の成分が多かった北極にN極の磁場が増えてきました。その磁場反転を捉えたのが1912年の大きな発見として発表されました。極域磁場は太陽活動が活発な時期である極大期に反転するとみられていましたが、そのタイミングが二年ほど早まったと考えられています。さらに、北極はS極からN極へと変わって来ましたが、南極はN極のままで変化がなく、北極と同時に変わっていません。通常の磁石はN極とS極とが双極構造になっているわけですが、このまま進むと北も南も同極のN極になります。すると、両極のN極から出た磁力線が赤道付近のS極と繋がって4重極磁場構造になるのではないかと予想されています。これはひのでによる極域磁場の継続的な詳細観測によって可能となった重要な研究成果といえます。加えて、黒点の活動から、通常の太陽活動周期は11年なのですが、太陽活動周期が12.6年に延びたため、太陽活動極大期が遅れることが予想されています。
 
宇宙速報061003
 
この活動周期の変化と極域磁場の変化がこれまでにない太陽活動の異常性を示していると言えます。かつて、17世紀(1600年代)後半に黒点がほとんど観測されなかった時期がありました。これを「マウンダー極小期」と呼んでいます。その時には世界的な寒冷化が報告されています。現在の活動周期の伸び、極域磁場の反転が早まったことは17世紀後半の状況に似ています。そこで、「地球温暖化論」とは別に、「地球寒冷化」の方向もあるのではないかという予想も出てきたのです。
過去にも太陽活動と地球上の気温の変化の相関が何度か報告されています。今は「ひので」を始めとする観測機器が発達していますので、太陽の異常性と地球への影響を研究する大チャンスと言えます。今後、実際に太陽磁場が4重極化するのか?そのとき、太陽風の強度はどうなるのか?すると、太陽系外からやってくる宇宙線の強度は変わるのか?宇宙線は地球上の雲の生成に影響を及ぼすと考えられています。雲の生成は地球気候と密接な関係がありますので、今後この状態が続いた場合に太陽風の強度、宇宙線強度、地球の気温等どのように変化するのか長い目で見なければなりません。そのために今後もひので衛星などによる継続的な極域の観測が重要になってきます。
 
<黒点と磁場>
太陽黒点(Sunspot)とは、太陽表面を観測した時に黒い点のように見える部分のことです。単に黒点とも呼びます。実際には完全な黒ではなく、この部分も光を放っていますが、周囲よりも弱い光なので黒く見えるのです。黒点は、その温度が約4,000℃と普通の太陽表面(光球)温度(約6,000℃)に比べて低くなっています。
黒点の発生原因は太陽の磁場であると考えられていて、黒点は、過去約9.5年から12年ほどの周期で増減を繰り返しています。
また、黒点は太陽の自転とともに東から西へ移動します。大きな黒点群の中には太陽の裏側を回って再び地球から見える側に出てきても消えていないで1ヶ月ほど存在する寿命の長いものがあります。(太陽の東西という言葉は地球から観測した場合の地球上での方位を指す。その天体に立った場合の方位ではない)
 
宇宙速報061004
 
1908年、ジョージ・ヘイルが黒点には強い磁場が存在することを明らかにしてからは、100年以上に渡って磁場の観測も合わせて行われてきました。磁場の持つエネルギーは太陽表面や太陽大気コロナにおける様々な活動の源であり、特に黒点周辺ではフレアやプラズマ噴出などの激しい現象がしばしば引き起こされ、地球環境にも影響を与えることが知られています。
2018年2月発表の「ひので」が撮影した画像(次図)を見てみると、黒点は中央の暗い部分(暗部)とそれを取り巻くやや明るい部分(半暗部)から成っていることがわかります。通常、黒点の一番暗い部分、つまり暗部の中心が最も大きな磁場強度を示し、その典型的な強さは 3,000ガウスです。そして、中心部から離れるにつれて磁場強度は小さくなり、半暗部では 2,000ガウスを下回ります。暗部と半暗部では磁場の姿勢にも違いがあり、暗部の磁場は太陽面に垂直に立っている一方、半暗部では倒れて太陽面に沿った形状をしています。また、その半暗部には暗部から外側に向かう水平流が見られます。
 
宇宙速報061005
 
さらに、「ひので」の可視光望遠鏡による観測データから、太陽観測史上最大となる6,250ガウスの磁場強度を持つ黒点を発見しました。これは一般的な黒点磁場の2倍の強さであり、さらには強磁場を示す領域が黒点内の暗くない部分(暗部以外)に位置するという特異な性質を持っています。これまでにも暗部以外で局所的に強い磁場が観測されることは時々ありましたが、その成因については全くの謎でした。この「ひので」の5日間に渡る安定した連続観測により黒点の発展過程が詳細に捉えられ、その結果、この強磁場は黒点暗部から伸びるガスの流れが別の暗部を強く圧縮することで生じていると結論付けました。この成果は、高い解像能力で長時間安定して磁場測定を行うことのできる「ひので」でなければ成し得ないものです。今後、黒点形成・進化メカニズムや、それに伴うフレアなどの活動現象を理解する上で新たな視点をもたらすと期待されます。
 
宇宙速報061006
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