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2014年5月27日 (火)

ゼーマン効果で太陽の磁場を測る?

太陽の黒点の部分には強い磁場が発生しているそうです。天文学的遠距離にある太陽に磁場があるのかないのか、あったとしてその強さや向きはどうしてわかるかというとゼーマン効果が観測されたから、という話があります。

このゼーマン効果というのは
  「Wikipedia - ゼーマン効果
に説明があります。私も専門家じゃないのでこの説明が正しいかどうかは保証できませんが要するに磁場があるとスペクトル線が分裂する現象をいいます。

太陽光のスペクトルを見るとフラウンホーファー線といってところどころに黒い線(=吸収線)がありますが、これも磁場の強いところ、つまり黒点の近辺だと分裂して見えるということです。ゼーマン効果はスペクトル線の分裂以外の現象も引き起こします。詳しくは上記Wikipediaの記事で.... (^^;;

そこで疑問に思うのは「この現象はアマチュアにも観測できるのか」つまり「太陽磁場の観測はアマチュアでもできるのか」という点です。

  ちょっと本気になっています。
    「
ゼーマン効果を利用した太陽磁場測定は簡易分光器でできるか?

------


この問題は
  
1.ゼーマン効果によるスペクトル線の分裂とはいうけれど
    どのくらいの波長の幅で分裂するのか?
  
2.そしてそれはアマチュアの機材で観測できるのか?
の二つを調べる必要があります。

上記のWikipediaの記事には分裂するとは書いてあるのですが、どれだけ分裂するかは書いてありません。

分裂幅を計算する式なんかも見つけたのですが、それよりもっといいものを見つけました。実際にゼーマン効果による吸収線の分裂を撮影した写真で波長がわかるものがあったのです。
  「裳華房 - The Sun

ここにある画像を見ると630.250nmの鉄の吸収線が630.151nm629.780nmに分裂しているようです。
これならどうにかなるのかも、と思ったのですが630.250nm、630.151nm、629.780nmの三つとも本来の鉄の吸収線のようです (^^;;
もう一度画像を見ると大気の吸収線が細い線になっているに比較して上の三つの吸収線がふくらんでいますがこれがゼーマン効果によるもののようです。

資料(恒星社厚生閣「天文・宇宙の辞典」他)で見た計算式をもとに計算したのですが、例えば鉄の吸収線630.250nmに対し4,000Gaussの磁場があるときのゼーマン効果による分裂の波長の差は0.019nmくらいしかないようです(この計算にはぜんぜん自信がないです。写真とくらべてもこんなものだろう、という程度です。こういうことをちゃんと調べたい方はご自身で計算された方がいいです)

(以上が正しいと仮定すると)
630.250nmの吸収線の0.02nmの波長の違いが識別できるか否か、ということがテーマになります。そうとうにきびしい課題です (^^;;

それからスペクトル線(輝線)が分裂するから吸収線も分裂するということになるのかというこも考えなければいけないと思うのですが、実際に吸収線は分裂しているわけですし、輝線=エネルギーが高い状態から低い状態への移行、吸収線=エネルギーが低い状態から高い状態への移行と考えればそうなりそうなのでここも深く考えないことにします (^^;;

いずれにしても手持ちのあるいは入手可能な機材で観測可能かは上の波長の変化を捉えることができる能力(色分解能)があるかどうかということになります。

先日書いた「ドップラー効果で太陽の自転速度を測る話し」でも同じ課題(?)がありました。そこで色分解能というものについて調べてみることにします。

    「色分解能 - 1 - ドップラー効果とかゼーマン効果とか....

------

以下ゼーマン効果にまつわるどうでもいい話です。

シュレディンガー音頭」のページの下の方にボタンがありますが、ゼーマン効果は「中級編」で出てきます。上級編」になるとさらに異常ゼーマン効果も出てきます。異常ゼーマン効果がゼーマン効果とどこが違うかは「解説」にあります。

これ、二十年近く前のものなんですが現代版もあります。MMD版です。歌っているのはもちろん初音ミクさんです。
  
【MMD】シュレディンガー音頭【UTAU】

これマスターしたら量子力学は完璧
量子力学をマスターしたら踊りは完璧ですね (^^)

そういえばこんなのも....

  「Wikipedia - シュレジンガー音頭

参考記事

 さん
    「太陽の観測 2013-06-01
 ほよほよさん
  
  「太陽双極子磁場の反転

------

関連

  ゼーマン効果を利用した太陽磁場測定は簡易分光器でできるか?

  「色分解能 (3)」 色分解能 (1)」、「色分解能 (2)」、「色分解能 (2)」)
  「色分解能 - 1 - ドップラー効果とかゼーマン効果とか....
  「
色分解能 - 2 - ドップラー効果とかゼーマン効果とか....
  「
ゼーマン効果で太陽の磁場を測る?
  「
ドップラー効果で太陽の自転速度を測る話し
  「
Hαフィルターを使わずにHα写真を撮る方法

  「DVDで作る簡易分光計 - 蛍光灯の分光スペクトル
  「
DVDで作る簡易分光器 - 水銀灯の分光スペクトル
  DVD簡易分光器で見るフラウンホーファー線(太陽光のスペクトル)
  「DVDで作る簡易分光器の校正のために - ネオン管のスペクトル

  「測定対象別記事一覧(測定、電子工作、天文計算)
  「
過去記事の一覧(測定、電子工作、天文計算)

参考
  「
国立科学博物館 - 理工学研究部 - 若林文高 - DVD分光器の回折条件
  
Welcome to my homepage. - DVD分光器
  「星は空の彼方、月よりも遠く
     - 光害除去フィルター(4)-脱線(簡易分光器の直線性)(2016/03/18)
  「Web Page of T.Nomoto - スペクトル色々」 (「ネオンランプと水銀ランプ」)
  国立天文台編 「理科年表」 丸善出版、2014

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