ヘールの法則

太陽物理学において、ヘールの法則は、ヘールの極性法則またはヘール・ニコルソンの法則としても知られ、太陽活動領域における磁場の方向に関する経験法則です。

これは、一方の磁気極性が太陽の自転方向に対して先行している双極性磁場構成を持つ単純な活動領域に適用される。ヘールの法則によれば、同じ北半球または南半球の太陽では、このような活動領域は同じ磁気極性の先行を持ち、反対の半球では、このような活動領域は反対の先行極性を持ち、ある黒点周期から次の黒点周期にかけて、これらの極性は反転する。この法則は、活動領域の磁場の観測によって20世紀初頭にこの法則が定式化された ジョージ・エラリー・ヘールとセス・バーンズ・ニコルソンにちなんで名付けられた。

ヘールの法則は、ジョイの法則やシュペーラーの法則とともに、太陽の磁場を生成する太陽ダイナモのモデルに観測上の制約を与えます。ヘールの法則は、活動領域は太陽内部の高度に組織化されたトロイダル磁場から発生し、赤道を挟んで極性を反転させ、黒点周期間で極性を交互に変えることを示唆しています。

太陽の磁場は1908年にジョージ・エラリー・ヘイルによって初めて検出され、彼は太陽黒点が強い双極性磁場を持っていることを観測的に示しました。^[1]これらの観測により、ヘイルは北半球または南半球の同じ太陽半球内の黒点群の大部分が同じ主導極性を共有し、このパターンが赤道を挟んで反転していることにも気付きました。太陽周期14から太陽周期15に移行すると、ヘイルと彼の協力者によるさらなる観測が行われました。1919年、彼らの研究により、両半球内の黒点ペアの磁気極性が11年周期の黒点周期から次の周期にかけて反転していることが明らかになりました。これらのパターンは、総称してヘイルの極性法則、または単にヘイルの法則として知られるようになりました。^{[2] [3]}

ヘールの法則は、太陽活動領域に関連する磁気極性を説明しています。ほとんどの活動領域の磁場は、反対極性の磁気単極子のペアで近似することができ、その場合、その領域は双極活動領域と呼ばれます。これらの極は通常、太陽の自転方向に対して一方の極が先行し、もう一方の極が後続するように配向されています。^[4]

ヘールの法則によれば、双極性活動領域は、その領域が太陽の北半球に位置するか南半球に位置するかによって、次のような特性を持つ。^[2]

• 同じ半球内では、地域は同じ主導極性を持つ傾向があります。
• 反対の半球では、地域は反対の主導極性を持つ傾向があります。
• 両半球の主要な極性は、太陽黒点サイクルごとに反転します。

ヘールの法則に違反する双極性活動領域は反ヘール領域として知られている。ヘールの法則に違反する双極性活動領域の割合は、2～9%と推定されている。^{[5] [6]}小さく、弱く、短命な活動領域は、平均よりも頻繁にヘールの法則に違反し、相対数は約40%である。対照的に、中規模から大規模の活動領域でヘールの法則に違反するのはわずか4%である。 ^{[7] [8]さらに、反ヘール領域、および一般的な小さな領域は、}ジョイの法則に従わない方位角、または傾斜を持つ傾向があり、太陽活動極小期に多く見られることがわかっている。^{[9] [10] [11] [12]}

ヘールの法則によれば、各半球の磁気極性は黒点周期ごとに交互に変化するため、黒点極性が元のパターンに戻るには2周期かかります。これは、約11年の黒点周期が22年の磁気周期の半分であることを示しており、ヘール周期と呼ばれることもあります。^[13]

ヘールの法則は、太陽の内部磁場とそれを駆動するダイナモに重要な意味を持つ。つまり、南北半球の活動領域はすべて同じ磁極を持っているという観測結果は、それらの出現が太陽内部の高度に組織化された東西方向の磁場、つまりトロイダル磁場の発現であることを示唆している。さらに、トロイダル磁場の極性が赤道を越えて反転し、連続する黒点周期の間で交互に変わるという観測結果は、そのようなトロイダル磁場も赤道を越えて極性を反転し、周期間で極性を交互に変えることを示唆している。^{[14] [15] [16] [17]}

ヘールの法則は、黒点群の傾きに関するジョイの法則や活動領域の緯度の変化に関するシュペーラーの法則とともに、太陽ダイナモのモデルに強力な観測的制約を与える。 ^[4]例えば、太陽ダイナモのバブコック・レイトン機構によれば、ヘールの法則が示唆するトロイダル磁場は、緯度方向の太陽差動回転が南北に揃った、つまりポロイダルな磁場を巻き上げる結果である。 ^[17]

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