Corona - Corona (English spelling)

Japanese: コロナ - ころな（英語表記）corona

Coronas include the solar corona, stellar corona, galactic corona, solar corona, and terrestrial corona.

[Hiei Eijiro]

Solar corona

During a total solar eclipse, the outermost layer of the Sun's atmosphere can be seen shining a pearly white around the black Sun. Its brightness is about one millionth of that of the photosphere, making it almost as bright as the full moon. The shape of the corona varies with each eclipse; when the number of sunspots is at its maximum, it becomes almost circular, and during the minimum period, the corona toward the Sun's poles shrinks and becomes flattened, stretching toward the equator. The corona is not of uniform brightness, and a fine streaky structure reminiscent of magnetic field lines can be seen.

[Hiei Eijiro]

Entity/Type

The corona is a thin plasma consisting mainly of protons and electrons, and traces of metal ions such as iron and calcium. Its pressure is about 1/100 millionths of an atmosphere, and its density is about 100 million per cubic centimeter. 99% of the brightness of the corona is the scattered light of the sun caused by free electrons in the corona. Therefore, the corona's color is the same as sunlight, and it is polarized. Free electrons have a violent thermal motion of 7,000 kilometers per second, so the absorption lines of the sun are significantly Doppler shifted and almost completely erased, and at first glance it appears as a continuous spectrum. The corona caused by this scattered light is called the K corona (named after the German Kontinuierlichen Korona). The remaining 1% is the light emitted by the corona itself, which is an emission line caused by highly ionized ions such as iron and calcium that have lost a dozen or so electrons. This is called the E corona. At a distance of about three times the solar radius from the edge of the sun, the scattered light of sunlight caused by dust distributed in interplanetary space becomes prominent. This spectrum shows the spectrum of the solar photosphere because the thermal motion of the dust is slow, and many absorption lines can be seen. This is called the Fraunhofer corona (F corona).

[Hiei Eijiro]

Temperature, Heating, Theory

It was discovered that the corona has a high temperature of 1 to 2 million K based on the existence of highly ionized ions, the intense thermal motion of free electrons, the fact that the height distribution of the corona's number density decreases much more slowly than on the ground, and the thermal radiation of solar radio waves. In order to keep the atmosphere outside the corona at a high temperature of over 2 million K, while the photosphere is at 6000 K, we must assume that energy is being transported from the Sun itself through a non-thermal process.

Theoretical research into coronal heating has been ongoing since the 1960s, and the widely accepted theory was that convection occurring inside the photosphere generates compression waves, which then become shock waves in the corona and are thermalized. However, no shock waves could be detected even by observations with scientific satellites, and although it was expected that the corona would be bright all over the surface of the photosphere because convection occurs all over the surface, X-ray observations have revealed that the corona is particularly bright around sunspots with strong magnetic fields, and that there are also extremely dark areas in the corona called coronal holes. Solar wind blows out of coronal holes, and when it hits the Earth, it causes geomagnetic disturbances. Based on these findings, in the 1980s it became increasingly likely that the corona is heated not by acoustic shock waves, but by electromagnetic heating. Other theories have suggested that the corona may be heated by magnetic fluid propagating along the magnetic field in the corona, or by electric currents in the corona, but there is no consensus yet.

[Hiei Eijiro]

observation

A total solar eclipse is an excellent opportunity to observe the corona. Although it has the disadvantage of being dependent on the weather, it allows the installation of large observational equipment on the ground to investigate the fine structure. Streaky structures in the corona have been observed in relation to coronal heating. When taking photographs of the corona or using CCDs for observation, the exposure is determined by the full moon. As the temperature drops, it is best to determine the focal position just before the total eclipse. Coronagraphs are used to observe the E corona outside of a solar eclipse. It is thought that the brightness of the E corona is closely related to the presence of a magnetic field in the corona.

The scientific satellite "Yohkoh", launched by the Institute of Space and Astronautical Science of the Ministry of Education (now the Ministry of Education, Culture, Sports, Science and Technology) on August 30, 1991, is actively conducting research on the corona using an X-ray telescope and X-ray spectrometer (In October 2003, the Institute of Space and Astronautical Science was merged with the National Space Development Agency of Japan and the National Aerospace Laboratory of Japan to become the Japan Aerospace Exploration Agency, an independent administrative institution). In addition, in 1996, the European Space Agency (ESA) launched the scientific satellite "SOHO", which is conducting solar observations in ultraviolet and X-rays, and is conducting research on the corona in collaboration with "Yohkoh".

[Hiei Eijiro]

The corona of a star

In the 1960s and 1970s, when it was believed that the heating of the solar corona was due to acoustic shock waves, the energy of the pressure waves generated from the convection motion of stars, which was theoretically known, was estimated, and predictions were made about the corona of stars. According to these predictions, hot stars with spectral types earlier than A-type do not have a corona because they do not have a surface convection layer, and giant stars have a corona because their surface gravity is too small to hold the high-temperature corona plasma in place with gravity. However, observations by the Einstein satellite, an American X-ray astronomy satellite, overturned these predictions, showing that most stars emit strong X-rays and have a high-temperature outer atmosphere, i.e., a corona in the broad sense. It was found that the brighter the star is earlier than A-type, the stronger the corona, and that the faster the star is rotated, the stronger the corona is for stars later than F-type. The existence of a corona on giant stars may be due to the confinement of high-temperature plasma by a magnetic field similar to that of the Sun. Since the rotation of a star is thought to be related to the generation of a magnetic field through the dynamo mechanism, the corona of a late-type star is also thought to be closely related to the existence of a magnetic field. There is a theory that the corona of an early-type star is created when the plasma that makes up the atmosphere is blown away by strong radiation pressure, and the corona is created by the thermalization of this plasma motion, but it is also possible that the magnetic field is involved.

[Hiei Eijiro]

Galactic Corona

The hot plasma that surrounds the galaxy is called the halo.

[Hiei Eijiro]

Light crown

A halo of light around the sun or moon that can be seen when it is covered by a veil of thin clouds.

[Hiei Eijiro]

Earth Corona

At the outer edge of the Earth's atmosphere, thousands to tens of thousands of kilometers above the surface, a thin, neutral layer of the atmosphere, mainly composed of hydrogen and helium, selectively scatters ultraviolet radiation from the Sun and envelops the Earth in a faint ultraviolet glow. This layer is called the geocorona.

[Hiei Eijiro]

Solar corona
The corona during the solar maximum. Photographed with a 10cm coronagraph at the Norikura Corona Observatory (now the Norikura Observatory) © National Astronomical Observatory of Japan ">

Solar corona

Source: Shogakukan Encyclopedia Nipponica About Encyclopedia Nipponica Information | Legend

Japanese:

コロナとよばれるものには、太陽コロナ、恒星のコロナ、銀河コロナ、光冠、地球コロナがある。

［日江井榮二郎］

太陽コロナ

皆既日食の際、黒い太陽の周りに真珠色に輝いて見える太陽最外層の大気。輝度は光球の約100万分の1でほぼ満月の明るさである。コロナの形は日食ごとで異なり、黒点数が極大となる時期にはほぼ円形となり、極小期には太陽の極方向のコロナが縮まり赤道方向に伸びた扁平(へんぺい)な形となる。コロナは一様な明るさではなく、磁力線を思わせるような微細な筋(すじ)構造が見える。

［日江井榮二郎］

実体・種類

コロナの実体は主として陽子と電子、および微量の鉄、カルシウムなどの金属イオンからなる希薄なプラズマである。約1億分の1気圧、数密度にすると1立方センチメートル当り1億個程度である。コロナの明るさの99％はコロナ中の自由電子による太陽の散乱光である。したがってコロナの色は太陽光と同じであり、かつ偏光をしている。自由電子は1秒間に7000キロメートルという激しい熱運動をしているので、太陽の吸収線はドップラー偏移を著しく受けてほぼ完全にかき消され、一見、連続スペクトルのようになる。この散乱光によるコロナをKコロナ（ドイツ語のKontinuierlichen Koronaにちなむ）という。残りの1％はコロナ自身の発光であり、十数個の電子を失った高階電離の鉄やカルシウムなどのイオンによる輝線である。これをEコロナEmission Koronaという。太陽の縁(ふち)から太陽半径の3倍ぐらい離れると、惑星間空間に分布する塵(ちり)による太陽光の散乱光が卓越してくる。このスペクトルは塵の熱運動が遅いので太陽光球のスペクトルが見られ、多数の吸収線が認められる。これをFコロナFraunhofer Koronaという。

［日江井榮二郎］

温度・加熱・理論

コロナ中に高階電離したイオンが存在していること、自由電子の激しい熱運動のあること、コロナの数密度の高さ分布が地上に比べてはるかにゆっくりと減少していること、また太陽電波の熱放射などからコロナは100万～200万Kの高温であることがわかった。光球が6000Kであるのに、その外側にある大気を200万Kを超える高温に保つためには、太陽本体から非熱的な過程によってエネルギーが運ばれていると考えなければならない。

　1960年代からコロナ加熱の理論的な研究が進められ、光球の内部でおこっている対流から圧縮波が発生し、コロナ中で衝撃波となって熱化するという説が広く受け入れられていた。しかし科学衛星による観測によっても衝撃波をみいだすことができないこと、対流は光球全面で生じているので、全面でコロナが明るいことが予想されたにもかかわらず、X線で観測したコロナは磁場の強い黒点のところでとくに明るく、またコロナホールとよばれるコロナのきわめて暗い領域も存在することがわかった。コロナホールからは太陽風が吹き出していて、それが地球に当たると地磁気擾乱(じょうらん)をおこす。これらのことから1980年代には、コロナの加熱は音波衝撃波によるのではなく、電磁気的加熱である可能性が強くなった。コロナ中の磁場に沿って伝播(でんぱ)する磁気流体の熱化とか、コロナ中の電流の熱化などが考えられているが、まだ定説はない。

［日江井榮二郎］

観測

皆既日食はコロナ観測の絶好の機会である。天候に左右されるという欠点はあるが、地上に大型の観測機器を設置して微細な構造を調べることができる。コロナ中の筋構造はコロナの加熱との関連で観測されている。コロナの写真やCCDを用いた観測では満月で露光を決める。気温は下がるので、皆既直前に焦点位置を決めるとよい。日食外のコロナ観測はコロナグラフを使い、Eコロナを観測している。Eコロナの明るさはコロナ中の磁場の存在と密接な関連があると考えられている。

　1991年（平成3）8月30日に文部省（現、文部科学省）宇宙科学研究所が打ち上げた科学衛星「ようこう」は、X線望遠鏡、X線分光器によって、コロナの研究を精力的に行っている（宇宙科学研究所は2003年10月より宇宙開発事業団、航空宇宙技術研究所と統合して独立行政法人、宇宙航空研究開発機構となった）。また1996年にはESA（ヨーロッパ宇宙機関）が科学衛星「SOHO」を打ち上げ、紫外線、X線での太陽観測を行い、「ようこう」と共同してコロナの研究を進めている。

［日江井榮二郎］

恒星のコロナ

太陽コロナの加熱が音波衝撃波によるものであると考えられていた1960～1970年代には、理論的に知られていた恒星の対流運動を基に、そこから発生する圧力波のエネルギーを推定し、恒星のコロナについて予想がされていた。それによると、恒星のスペクトル型がA型より早期型の高温の星では表面対流層が存在していないのでコロナはなく、また巨星は表面重力が小さくて高温コロナのプラズマを重力で引き止めておくことができないためにコロナがないと推定されていた。しかしアメリカのX線天文衛星であるアインシュタイン衛星の観測は予想を覆し、ほとんどの恒星が強いX線を放射しており、高温の外層大気すなわち広義のコロナをもつことを示した。A型より早期型では明るい恒星ほどコロナが強く、またF型より晩期型では自転速度の速い恒星ほどコロナが強いことがわかった。巨星にもコロナが存在することは、太陽と似た磁場による高温プラズマの閉じ込めによるものかもしれない。恒星の自転はダイナモ機構によって磁場の発生と関連があると考えられているので、晩期型の恒星のコロナも磁場の存在と密接な関連があると思われる。早期型の恒星のコロナは、大気を構成しているプラズマが強い放射圧により吹き飛ばされ、そのプラズマ運動の熱化によってコロナがつくられるという説があるが、磁場もかかわりをもっている可能性もある。

［日江井榮二郎］