2026/03/25 更新

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ホッタ ヒデユキ
堀田 英之
HOTTA Hideyuki
所属
宇宙地球環境研究所 基盤研究部門 総合解析研究部 教授
大学院担当
大学院理学研究科
職名
教授
プロフィール
東京都出身、東京大学理学部地球惑星物理学科卒業、東京大学大学院理学系研究科地球惑星科学専攻博士課程修了、博士(理学)、日本学術振興会海外特別研究員(米国High Altitude Observatory)、千葉大学理学研究院テニュアトラック助教、助教、准教授を経て、2023年より名古屋大学宇宙地球環境研究所教授
外部リンク

学位 1

  1. 博士(理学) ( 2014年3月   東京大学 ) 

研究キーワード 4

  1. 太陽物理学、恒星物理学、数値シミュレーション

  2. 太陽物理学

  3. 恒星物理学

  4. 数値シミュレーション

研究分野 1

  1. 自然科学一般 / 天文学  / 太陽物理学

経歴 7

  1. 名古屋大学   宇宙地球環境研究所   教授

    2023年4月 - 現在

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  2. 千葉大学   大学院理学研究院物理学コース   准教授

    2020年9月 - 2023年3月

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    国名:日本国

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  3. 千葉大学   大学院理学研究院物理学コース   助教

    2020年7月 - 2020年8月

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    国名:日本国

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  4. 千葉大学   大学院理学研究院物理学コース   特任助教(テニュアトラック)

    2017年4月 - 2020年6月

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  5. 千葉大学   大学院理学研究科基盤理学専攻物理学コース   特任助教(テニュアトラック)

    2015年7月 - 2017年3月

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  6. High Altitude Observatory/National Center for Atmospheric Research   日本学術振興会海外特別研究員 Scientific Visitor

    2014年4月 - 2015年8月

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  7. 東京大学   大学院理学系研究科地球惑星科学専攻   日本学術振興会特別研究員DC1

    2011年4月 - 2014年3月

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学歴 2

  1. 東京大学   大学院理学系研究科   地球惑星科学専攻

    2011年4月 - 2014年3月

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  2. 東京大学   大学院理学系研究科   地球惑星科学専攻

    2009年4月 - 2011年3月

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所属学協会 2

  1. 日本地球惑星科学連合

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  2. 日本天文学会

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委員歴 9

  1. 日本天文学会   欧文研究報告編集委員会  

    2025年6月 - 現在   

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    団体区分:学協会

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  2. 国立天文台   サイエンスロードマップ策定委員会  

    2024年12月 - 現在   

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  3. 国立天文台   科学戦略委員会  

    2024年10月 - 現在   

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  4. 日本天文学会   代議員  

    2024年6月 - 現在   

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    団体区分:学協会

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  5. 日本天文学会   研究奨励賞審査委員会  

    2023年7月 - 現在   

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    団体区分:学協会

  6. 日本天文学会   研究奨励賞選考委員会(2025年6月から委員長)  

    2023年6月 - 現在   

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    団体区分:学協会

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  7. 太陽研究者連絡会   運営委員  

    2021年12月 - 現在   

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    団体区分:その他

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  8. AAPPS-DPP   Head Quater  

    2020年9月 - 2021年10月   

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    団体区分:学協会

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  9. 日本天文学会年会実行委員  

    2019年6月 - 2023年5月   

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    団体区分:学協会

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受賞 10

  1. HPCIソフトウェア賞奨励賞

    2023年5月   HPCIコンソーシアム   R2D2 (Radiation and RSST for Deep Dynamics)

    堀田英之

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  2. 文部科学大臣表彰 若手科学者賞

    2022年4月   文部科学省   「太陽対流層の高精度数値計算 による黒点周期活動の研究」

    堀田英之

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  3. 研究奨励賞

    2022年3月   日本天文学会   「恒星ダイナモ活動の基礎物理としての星内部の熱対流磁気乱 流に関する理論的研究」

    堀田英之

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  4. 第35回数値流体力学シンポジウム ベストCFDグラフィックス・アワード

    2021年12月   日本流体力学会   太陽内部の大規模熱対流

    堀田英之

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  5. 先進学術賞

    2021年11月   千葉大学  

    堀田英之

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  6. HPCI利用研究課題優秀成果賞

    2020年10月   低質量星の熱対流と磁場活動の探査

    堀田英之

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  7. DPP Young Research award

    2018年11月   AAPPS-DPP  

    堀田 英之

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  8. 研究奨励賞(博士)

    2014年3月   東京大学  

    堀田 英之

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  9. 研究奨励賞(修士)

    2011年3月   東京大学  

    堀田 英之

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  10. Best paper award for young scientist

    2011年3月   Asia pacific solar physics meeting  

    堀田 英之

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論文 58

  1. The prevalence of solar-like differential rotation in slowly rotating solar-type stars

    Hotta, H; Hatta, Y

    NATURE ASTRONOMY     2026年2月

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    出版者・発行元:Nature Astronomy  

    For more than 45 years, scientists have believed in the existence of two classes of differential rotation (DR): solar-like and anti-solar. The Sun rotates differentially with a fast equator and slow poles, called solar-like DR. Theoretical studies suggest that this DR becomes anti-solar in slowly rotating stars, where the poles rotate faster. The DR topology substantially affects the stellar magnetic activity and long-time stellar evolution. According to recently reported observations, however, there are some indications that challenge this solar-like and anti-solar picture in several aspects. We carry out unprecedentedly high-resolution magnetohydrodynamic simulations for the slowly rotating solar-type stars. The simulated solar-type stars consistently exhibit solar-like DR even at remarkably slow rotation rates in our simulations. While anti-solar DR has been predicted in previous models, we do not observe it under the conditions explored here. The strong magnetic field maintains the solar-like DR in all cases. The rotation has a less substantial influence on the magnetic field strength than that on the turbulence anisotropy. Our results show that the magnetic field monotonically decreases over the stellar lifetime, indicating a weakening of the magnetic braking. This trend is also consistent with recent observational results of the stellar rotation evolution. Taken together, this work revises the conventional picture of DR in slowly rotating stars and highlights magnetism as a key ingredient in stellar rotational and magnetic evolution.

    DOI: 10.1038/s41550-026-02793-x

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  2. Genetic Algorithm for Inferring Model Parameters for Flux Transport Dynamo Simulation

    Shimizu, Y; Hotta, H

    ASTROPHYSICAL JOURNAL   996 巻 ( 1 )   2026年1月

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    掲載種別:研究論文(学術雑誌)  

    DOI: 10.3847/1538-4357/ae2855

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  3. Simultaneous Construction of Fast Equator, Poleward Meridional Flow, and Near-surface Shear Layer in Solar Magnetohydrodynamic Calculation Open Access

    Hotta, H

    ASTROPHYSICAL JOURNAL   985 巻 ( 2 )   2025年6月

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    掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:Astrophysical Journal  

    We carry out an unprecedented high-resolution simulation for the solar convection zone. Our calculation reproduces the fast equator and near-surface shear layer (NSSL) of differential rotation and the near-surface poleward meridional flow simultaneously. The NSSL is located in a complex layer where the spatial and time scales of thermal convection are significantly small compared with the deep convection zone. While there have been several attempts to reproduce the NSSL in numerical simulation, the results are still far from reality. In this study, we succeed in reproducing an NSSL in our new calculation. Our analyses led to a deeper understanding of the construction mechanism of the NSSL, which is summarized as: (1) rotationally unconstrained convection in the near-surface layer transports the angular momentum radially inward; (2) sheared poleward meridional flow around the top boundary is constructed; (3) the shear causes a positive kinetic 〈 v<inf>r</inf>′ v<inf>θ</inf> ′ 〉 and negative magnetic 〈B<inf>r</inf>B<inf>θ</inf>〉 correlations; and (4) the turbulent viscosity and magnetic tension are latitudinally balanced with the Coriolis force in the NSSL. We emphasize the importance of the magnetic field in the solar convection zone.

    DOI: 10.3847/1538-4357/adca3b

    Open Access

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  4. Recovering coherent flow structures in active regions using machine learning Open Access

    Lennard, MG; Silva, SSA; Tremblay, B; Ramos, AA; Verth, G; Ballai, I; Iijima, H; Hotta, H; Rempel, M; Park, SH; Fedun, V

    MONTHLY NOTICES OF THE ROYAL ASTRONOMICAL SOCIETY   539 巻 ( 3 ) 頁: 2498 - 2512   2025年5月

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    掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:Monthly Notices of the Royal Astronomical Society  

    Analysing high-resolution solar atmospheric observations requires robust techniques to recover plasma flow features across different scales, especially in active regions. Current methodologies often fall short in capturing subgranular-scale flows, and there is limited research on the errors introduced by velocity estimation techniques and analysing the properties of recovered flows in the presence of kG magnetic flux density. This study concentrates on validating the effectiveness of the DeepVel neural network in recovering subgranular to mesogranular-scale topological plasma flow features throughout the total evolution of a simulated active region by tracking tracers, and reproducing coherent patterns. The neural network was trained on the R2D2 radiative MHD simulation depicting the emergence and decay of a magnetic flux tube. DeepVel achieved strong correlations (exceeding 0.7) with flows from an unseen MURAM simulation, despite being trained on a model with a simpler radiative transfer and lacking thermal resistivity. DeepVel was able to capture the detailed topology well, e.g. the structure of vortical and diverging structures across all scales present in the flows. DeepVel performed slightly less well in the umbra, this is likely explained by magnetic field suppression and reduced contrast. Differences in velocities introduced by DeepVel did not affect Lagrangian analysis; consequently, we demonstrate for the first time that the DeepVel-recovered velocities accurately reflected the flow’s transport barriers. These findings highlight the precision and reliability of the DeepVel and its ability to emulate plasma flows surrounding and within active regions.

    DOI: 10.1093/mnras/staf576

    Open Access

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  5. Convective Magnetic Flux Emergence Simulations from the Deep Solar Interior to the Photosphere: Comprehensive Study of Flux Tube Twist 査読有り Open Access

    Toriumi, S; Hotta, H; Kusano, K

    ASTROPHYSICAL JOURNAL   975 巻 ( 2 ) 頁: 209   2024年11月

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:Astrophysical Journal  

    The emergence of magnetic flux from the deep convection zone plays an important role in solar magnetism, such as the generation of active regions and triggering of various eruptive phenomena, including jets, flares, and coronal mass ejections. To investigate the effects of magnetic twist on flux emergence, we performed numerical simulations of flux tube emergence using the radiative magnetohydrodynamic code R2D2 and conducted a systematic survey on the initial twist. Specifically, we varied the twist of the initial tube both positively and negatively from zero to twice the critical value for kink instability. As a result, regardless of the initial twist, the flux tube was lifted by the convective upflow and reached the photosphere to create sunspots. However, when the twist was too weak, the photospheric flux was quickly diffused and not retained long as coherent sunspots. The degree of magnetic twist measured in the photosphere conserved the original twist relatively well and was comparable to actual solar observations. Even in the untwisted case, a finite amount of magnetic helicity was injected into the upper atmosphere because the background turbulence added helicity. However, when the initial twist exceeded the critical value for kink instability, the magnetic helicity normalized by the total magnetic flux was found to be unreasonably larger than the observations, indicating that the kink instability of the emerging flux tube may not be a likely scenario for the formation of flare-productive active regions.

    DOI: 10.3847/1538-4357/ad7e1d

    Open Access

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  6. Detection of solar internal flows with numerical simulation and machine learning 査読有り Open Access

    Masaki, H; Hotta, H

    PUBLICATIONS OF THE ASTRONOMICAL SOCIETY OF JAPAN   76 巻 ( 6 ) 頁: L33 - L38   2024年10月

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:Publications of the Astronomical Society of Japan  

    The solar interior is filled with turbulent thermal convection, which plays a key role in energy and momentum transport and generation of the magnetic field. Turbulent flows in the solar interior cannot be optically detected due to its significant optical depth. Currently, helioseismology is the only way to detect the internal dynamics of the Sun. However, long-duration data with a high cadence is required and only a temporal average can be inferred. To address these issues effectively, in this study, we develop a novel method to infer solar internal flows using a combination of radiation magnetohydrodynamic numerical simulations and machine/deep learning. With the application of our new method, we can evaluate the large-scale flow at 10 Mm depth from the solar surface with three snapshots separated by an hour. We also apply the method to observational data. Our method is highly consistent with the helioseismology, although the amount of input data is significantly reduced.

    DOI: 10.1093/pasj/psae093

    Open Access

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  7. Inversion for Inferring Solar Meridional Circulation: The Case with Constraints on Angular Momentum Transport inside the Sun 査読有り Open Access

    Hatta, Y; Hotta, H; Sekii, T

    ASTROPHYSICAL JOURNAL   972 巻 ( 1 ) 頁: 79 - 79   2024年9月

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:Astrophysical Journal  

    We have carried out inversions of travel times as measured by Gizon et al. to infer the internal profile of the solar meridional circulation (MC). A linear inverse problem has been solved by the regularized least-squares method with a constraint that the angular momentum (AM) transport by MC should be equatorward (HK21-type constraint). Our motivation for using this constraint is based on the result by Hotta & Kusano (hereafter HK21), where the solar equator-fast rotation was reproduced successfully without any manipulation. The inversion result indicates that the MC profile is a double-cell structure if the so-called HK21 regime, in which AM transported by MC sustains the equator-fast rotation, correctly describes the physics inside the solar convective zone. The sum of the squared residuals computed with the inferred double-cell MC profile is comparable to that computed with the single-cell MC profile obtained when we exclude the HK21-type constraint, showing that both profiles can explain the data more or less at the same level. However, we also find that adding the HK21-type constraint degrades the resolution of the averaging kernels. Although it is difficult for us to determine the large-scale morphology of the solar MC at the moment, our attempt highlights the relevance of investigating the solar MC profile from both theoretical and observational perspectives.

    DOI: 10.3847/1538-4357/ad596c

    Open Access

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    その他リンク: https://iopscience.iop.org/article/10.3847/1538-4357/ad596c/pdf

  8. Editorial to the Topical Collection: Solar and Stellar Dynamos: a New Era Open Access

    Schüssler, M; Cameron, R; Charbonneau, P; Dikpati, M; Hotta, H; Kitchatinov, L

    SPACE SCIENCE REVIEWS   220 巻 ( 1 )   2024年2月

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    出版者・発行元:Space Science Reviews  

    DOI: 10.1007/s11214-023-01037-y

    Open Access

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  9. Solar horizontal flow evaluation using neural network and numerical simulations with snapshot data 査読有り

    Masaki, H; Hotta, H; Katsukawa, Y; Ishikawa, RT

    PUBLICATIONS OF THE ASTRONOMICAL SOCIETY OF JAPAN   75 巻 ( 6 ) 頁: 1168 - 1182   2023年12月

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:Publications of the Astronomical Society of Japan  

    We suggest a method that evaluates the horizontal velocity in the solar photosphere with easily observable values using a combination of neural network and radiative magnetohydrodynamics simulations. All three-component velocities of thermal convection on the solar surface have important roles in generating waves in the upper atmosphere. However, the velocity perpendicular to the line of sight (LoS) is difficult to observe. To deal with this problem, the local correlation tracking (LCT) method, which employs the difference between two images, has been widely used, but this method has several disadvantages. We develop a method that evaluates the horizontal velocity from a snapshot of the intensity and the LoS velocity with a neural network. We use data from numerical simulations for training the neural network. While two consecutive intensity images are required for LCT, our network needs just one intensity image at only a specific moment for input. From these input arrays, our network outputs a same-size array of a two-component velocity field. With only the intensity data, the network achieves a high correlation coefficient between the simulated and evaluated velocities of 0.83. In addition, the network performance can be improved when we add LoS velocity for input, enabling us to achieve a correlation coefficient of 0.90. Our method is also applied to observed data.

    DOI: 10.1093/pasj/psad063

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  10. Dynamics of Large-Scale Solar Flows 査読有り 国際共著 Open Access

    Hotta, H; Bekki, Y; Gizon, L; Noraz, Q; Rast, M

    SPACE SCIENCE REVIEWS   219 巻 ( 8 )   2023年12月

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    担当区分:筆頭著者   記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:Space Science Reviews  

    The Sun’s axisymmetric large-scale flows, differential rotation and meridional circulation, are thought to be maintained by the influence of rotation on the thermal-convective motions in the solar convection zone. These large-scale flows are crucial for maintaining the Sun’s global magnetic field. Over the last several decades, our understanding of large-scale motions in the Sun has significantly improved, both through observational and theoretical efforts. Helioseismology has constrained the flow topology in the solar interior, and the growth of supercomputers has enabled simulations that can self-consistently generate large-scale flows in rotating spherical convective shells. In this article, we review our current understanding of solar convection and the large-scale flows present in the Sun, including those associated with the recently discovered inertial modes of oscillation. We discuss some issues still outstanding, and provide an outline of future efforts needed to address these.

    DOI: 10.1007/s11214-023-01021-6

    Open Access

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    その他リンク: https://link.springer.com/article/10.1007/s11214-023-01021-6/fulltext.html

  11. Firefly: the science case for a full view of the solar sphere

    Louise Harra, Lyndsay Fletcher, Laurent Gizon, Sami Solanki, Marco Romoli, Louise Harra, Kanya Kusano, Hideyuki Hotta, Yukio Katsukawa, Richard Harrison, Chris Owen, Jackie Davies, Shinsuke Imada, Shin Toriumi, Kostas Tziotziou, David Orozco-Suarez, Daniele Verscharen, Athanasios Papaioannou, Ryan Milligan, Georgia Tsiropoula, Hiroshisa Hara, Toshifumi Shimizu, Säm Krucker, Duncan Mackay, David Berghmans, Marie Dominique, Laurent Dolla, Sergei Shestov, Ioannis Daglis, George Balasis, Alexander Nindos, Kostis Moraitis, Costis Gontikakis, Sarah Matthews, Ineke De Moortel, Xenophon Moussas, Jose Carlos del Toro Iniesta, Mihalis Mathioudakis, Javier Rodriguez-Pacheco, Daniele Spadaro, Peter Gallagher, Duncan Mackay, Vincenzo Andretta, Andrew Fazakerley, Frederic Auchère, Silvano Fineschi, Daniele Telloni, Robert Wimmer-Schweingruber, Lucia Kleint, Hardi Peter, Natalie Krivova, Lakshmi Pradeeep Chitta, Krzysztof Barczynski, Wolfgang Finsterle, Alexis Rouillard, James McLaughlin, Nour E. Raouafi, Daniel Verscharen, Silvia Dalla, Anastasios Anastasiadis

    Vol. 55, Issue 3 (Heliophysics 2024 Decadal Whitepapers)     2023年7月

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    掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:American Astronomical Society  

    DOI: 10.3847/25c2cfeb.ffa884ce

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  12. Scale-dependent analysis of angular momentum flux in high-resolution magnetohydrodynamic simulations for solar differential rotation 査読有り Open Access

    Mori, K; Hotta, H

    MONTHLY NOTICES OF THE ROYAL ASTRONOMICAL SOCIETY   524 巻 ( 3 ) 頁: 4746 - 4751   2023年7月

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:Monthly Notices of the Royal Astronomical Society  

    In this work, we systematically investigate the scale-dependent angular momentum flux by analysing high-resolution three-dimensional magnetohydrodynamic simulations in which the solar-like differential rotation is reproduced without using any manipulations. More specifically, the magnetic angular momentum transport (AMT) plays a dominant role in the calculations. We examine the important spatial scales for the magnetic AMT. The main conclusions of our approach can be summarized as follows: 1. Turbulence transports the angular momentum radially inward. This effect is more pronounced in the highest resolution calculation. 2. The dominant scale for the magnetic AMT is the smallest spatial scale. 3. The dimensionless magnetic correlation is low in the high-resolution simulation. Thus, chaotic but strong small-scale magnetic fields achieve efficient magnetic AMT.

    DOI: 10.1093/mnras/stad2196

    Open Access

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  13. A Comprehensive Simulation of Solar Wind Formation from the Solar Interior: Significant Cross-field Energy Transport by Interchange Reconnection near the Sun 査読有り Open Access

    Iijima, H; Matsumoto, T; Hotta, H; Imada, S

    ASTROPHYSICAL JOURNAL LETTERS   951 巻 ( 2 ) 頁: L47 - L47   2023年7月

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:Astrophysical Journal Letters  

    The physical connection between thermal convection in the solar interior and the solar wind remains unclear due to their significant scale separation. Using an extended version of the three-dimensional radiative magnetohydrodynamic code RAMENS, we perform the first comprehensive simulation of the solar wind formation, starting from the wave excitation and the small-scale dynamo below the photosphere. The simulation satisfies various observational constraints as a slow solar wind emanating from the coronal hole boundary. The magnetic energy is persistently released in the simulated corona, showing a hot upward flow at the interface between open and closed fields. To evaluate the energetic contributions from Alfvén wave and interchange reconnection, we develop a new method to quantify the cross-field energy transport in the simulated atmosphere. The measured energy transport from closed coronal loops to open field accounts for approximately half of the total. These findings suggest a significant role of the supergranular-scale interchange reconnection in solar wind formation.

    DOI: 10.3847/2041-8213/acdde0

    Open Access

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    その他リンク: https://iopscience.iop.org/article/10.3847/2041-8213/acdde0/pdf

  14. Turbulent convection as a significant hidden provider of magnetic helicity in solar eruptions 査読有り 国際共著 国際誌 Open Access

    Toriumi, S; Hotta, H; Kusano, K

    SCIENTIFIC REPORTS   13 巻 ( 1 ) 頁: 8994   2023年6月

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:Scientific Reports  

    Solar flares and coronal mass ejections, the primary space weather disturbances affecting the entire heliosphere and near-Earth environment, mainly emanate from sunspot regions harbouring high degrees of magnetic twist. However, it is not clear how magnetic helicity, the quantity for measuring the magnetic twist, is supplied to the upper solar atmosphere via the emergence of magnetic flux from the turbulent convection zone. Here, we report state-of-the-art numerical simulations of magnetic flux emergence from the deep convection zone. By controlling the twist of emerging flux, we find that with the support of convective upflow, the untwisted emerging flux can reach the solar surface without collapsing, in contrast to previous theoretical predictions, and eventually create sunspots. Because of the turbulent twisting of magnetic flux, the produced sunspots exhibit rotation and inject magnetic helicity into the upper atmosphere, amounting to a substantial fraction of injected helicity in the twisted cases that is sufficient to produce flare eruptions. This result indicates that the turbulent convection is responsible for supplying a non-negligible amount of magnetic helicity and potentially contributes to solar flares.

    DOI: 10.1038/s41598-023-36188-z

    Open Access

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  15. Novel Approach to Forecasting Photospheric Emergence of Active Regions 査読有り 国際共著 Open Access

    Silva, SSA; Lennard, M; Verth, G; Ballai, I; Rempel, EL; Warnecke, J; Iijima, H; Hotta, H; Park, SH; Donea, AC; Kusano, K; Fedun, V

    ASTROPHYSICAL JOURNAL LETTERS   948 巻 ( 2 ) 頁: L24 - L24   2023年5月

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:Astrophysical Journal Letters  

    One key aspect of understanding the solar dynamo mechanism and the evolution of solar magnetism is to properly describe the emergence of solar active regions. In this Letter, we describe the Lagrangian photospheric flows dynamics during a simulated flux emergence that produces an active region formed by pores. We analyze the lower photospheric flow organization prior, during and following the rise of an active region, uncovering the repelling and attracting photospheric structures that act as sources and sinks for magnetic element transport. Our results show that around 10 hr before the simulated emergence, considerable global changes are taking place on mesogranular scales indicated by an increase of the number of regions acting as a source to the multiple and scattered emergences of small-scale magnetic flux. At the location of active region’s appearance, the converging flows become weaker and there is an arising of a diverging region 8 hr before the emergence time. Our study also indicates that the strong concentration of magnetic field affects the flow dynamics beyond the area of the actual simulated pores, leading to complex and strongly diverging flows in the neighboring regions. Our findings suggest that the Lagrangian analysis is a powerful tool to describe the changes in the photospheric flows due to magnetic flux emergence.

    DOI: 10.3847/2041-8213/acd007

    Open Access

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    その他リンク: https://iopscience.iop.org/article/10.3847/2041-8213/acd007/pdf

  16. Investigation of the dependence of angular momentum transport on spatial scales for construction of differential rotation 査読有り Open Access

    Mori, K; Hotta, H

    MONTHLY NOTICES OF THE ROYAL ASTRONOMICAL SOCIETY   519 巻 ( 2 ) 頁: 3091 - 3097   2023年2月

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:Monthly Notices of the Royal Astronomical Society  

    We investigate the dependence of the angular momentum transport (AMT) on the spatial scales with numerical simulation of solar-like stars. It is thought that turbulence has an essential role in constructing solar differential rotation (DR). In a widely used method to analyse the construction mechanism of DR, the flow is divided into two components, ‘mean flow’ and ‘turbulence’, where ‘turbulence’ includes a broad spectrum of spatial scales. The features of the AMT are expected to depend on the scale. In this study, we decompose the angular momentum flux (AMF) to investigate the dependence of the AMF on the spatial scale. We compare the results with anti-solar (fast pole) and solar-type (fast equator) DR. Our conclusions are summarized as (1) Radially outward AMT is seen on a large scale (60 Mm ≤ L < 120 Mm) in rotationally constrained systems. (2) Even when the scale-integrated AMF is negative, we sometimes observe positive AMF on certain scales. (3) Small-scale turbulence tends to transport the angular momentum radially inward and causes the anti-solar DR, indicating that high-resolution simulation is a negative factor for solar-like DR. Our method to decompose the AMF provides a deep understanding of the angular momentum and construction mechanism of DR.

    DOI: 10.1093/mnras/stac3804

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    その他リンク: https://academic.oup.com/mnras/article-pdf/519/2/3091/48522790/stac3804.pdf

  17. Impact of subsurface convective flows on the formation of sunspot magnetic field and energy build-up 査読有り Open Access

    Kaneko, T; Hotta, H; Toriumi, S; Kusano, K

    MONTHLY NOTICES OF THE ROYAL ASTRONOMICAL SOCIETY   517 巻 ( 2 ) 頁: 2775 - 2786   2022年10月

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    掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:Monthly Notices of the Royal Astronomical Society  

    Strong solar flares occur in δ-spots characterized by the opposite-polarity magnetic fluxes in a single penumbra. Sunspot formation via flux emergence from the convection zone to the photosphere can be strongly affected by convective turbulent flows. It has not yet been shown how crucial convective flows are for the formation of δ-spots. The aim of this study is to reveal the impact of convective flows in the convection zone on the formation and evolution of sunspot magnetic fields. We simulated the emergence and transport of magnetic flux tubes in the convection zone using radiative magnetohydrodynamics code R2D2. We carried out 93 simulations by allocating the twisted flux tubes to different positions in the convection zone. As a result, both δ-type and β-type magnetic distributions were reproduced only by the differences in the convective flows surrounding the flux tubes. The δ-spots were formed by the collision of positive and negative magnetic fluxes on the photosphere. The unipolar and bipolar rotations of the δ-spots were driven by magnetic twist and writhe, transporting magnetic helicity from the convection zone to the corona. We detected a strong correlation between the distribution of the non-potential magnetic field in the photosphere and the position of the downflow plume in the convection zone. The correlation could be detected 20–30 h before the flux emergence. The results suggest that high free energy regions in the photosphere can be predicted even before the magnetic flux appears in the photosphere by detecting the downflow profile in the convection zone.

    DOI: 10.1093/mnras/stac2635

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  18. Mean-field Analysis on Large-scale Magnetic Fields at High Reynolds Numbers 査読有り Open Access

    Shimada, R; Hotta, H; Yokoyama, T

    ASTROPHYSICAL JOURNAL   935 巻 ( 1 ) 頁: 55 - 55   2022年8月

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:Astrophysical Journal  

    Solar magnetic fields comprise an 11 yr activity cycle, represented by the number of sunspots. The maintenance of such a solar magnetic field can be attributed to fluid motion in the convection zone, i.e., a dynamo. This study conducts the mean-field analyses of the global solar dynamo simulation presented by Hotta et al. (2016). Although the study succeeds in producing coherent large-scale magnetic fields at high Reynolds numbers, the detailed physics of the maintenance of these fields have not been fully understood. This study extracts the α tensor and the turbulent magnetic diffusivity tensor β through mean-field analyses. The turbulent magnetic diffusivity exhibits a significant decrease toward high Reynolds numbers. The decrease in the turbulent magnetic diffusivity suppresses the energy conversion of large-scale field to small-scale field. This implies that the decrease in the turbulent magnetic diffusivity contributes to the maintenance of a large-scale magnetic field at high Reynolds numbers. A significant downward turbulent pumping is observed; it is enhanced in the weak phase of the large-scale field. This study proposes a cyclic reversal process of a large-scale field, which is dominantly driven by the α effect and is possibly triggered by downward pumping.

    DOI: 10.3847/1538-4357/ac7e43

    Open Access

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    その他リンク: https://iopscience.iop.org/article/10.3847/1538-4357/ac7e43/pdf

  19. Generation of Solar-like Differential Rotation 査読有り Open Access

    Hotta, H; Kusano, K; Shimada, R

    ASTROPHYSICAL JOURNAL   933 巻 ( 2 ) 頁: 199 - 199   2022年7月

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    担当区分:筆頭著者, 責任著者   記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:Astrophysical Journal  

    We analyze the simulation result shown in Hotta & Kusano (2021) in which the solar-like differential rotation is reproduced. The Sun is rotating differentially with the fast equator and the slow pole. It is widely thought that the thermal convection maintains the differential rotation, but recent high-resolution simulations tend to fail to reproduce the fast equator. This fact is an aspect of one of the biggest problems in solar physics called the convective conundrum. Hotta & Kusano succeed in reproducing the solar-like differential rotation without using any manipulation with an unprecedentedly high-resolution simulation. In this study, we analyze the simulation data to understand the maintenance mechanism of the fast equator. Our analyses lead to conclusions that are summarized as follows. (1) The superequipatition magnetic field is generated by the compression, which can indirectly convert the massive internal energy to magnetic energy. (2) The efficient small-scale energy transport suppresses large-scale convection energy. (3) Non-Taylor-Proudman differential rotation is maintained by the entropy gradient caused by the anisotropic latitudinal energy transport enhanced by the magnetic field. (4) The fast equator is maintained by the meridional flow mainly caused by the Maxwell stress. The Maxwell stress itself also has a role in the angular momentum transport for the fast near-surface equator (we call it the P unching ball effect). The fast equator in the simulation is reproduced not due to the low Rossby number regime but due to the strong magnetic field. This study newly finds the role of the magnetic field in the maintenance of differential rotation.

    DOI: 10.3847/1538-4357/ac7395

    Open Access

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    その他リンク: https://iopscience.iop.org/article/10.3847/1538-4357/ac7395/pdf

  20. Recurrent Large-Scale Solar Proton Events Before the Onset of the Wolf Grand Solar Minimum 査読有り Open Access

    Miyahara, H; Tokanai, F; Moriya, T; Takeyama, M; Sakurai, H; Ohyama, M; Horiuchi, K; Hotta, H

    GEOPHYSICAL RESEARCH LETTERS   49 巻 ( 5 )   2022年3月

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    掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:Geophysical Research Letters  

    Carbon-14 in tree rings have suggested there had been multiple extreme solar proton events (SPEs) in the past. While the largest events such as in 774–775 CE can be significantly detected by the typical precision of accelerator mass spectrometry, smaller but possibly more frequent events have been difficult to be detected. Thus, the frequency or any characteristics of such relatively smaller events are still largely unknown. In this paper, we report that large SPEs had occurred in 1261–1262, 1268–1269, and 1279–1280 CE before the onset of the Wolf minimum based on high-precision carbon-14 analyses. It is suggested that they had occurred at the maximum and the declining phase of solar cycles, and that they had occurred during the transition time of solar activity into a deep minimum. We propose that this episode may provide a unique opportunity to elucidate a potential interaction between the solar dynamo and extreme solar flares.

    DOI: 10.1029/2021GL097201

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    その他リンク: https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full-xml/10.1029/2021GL097201

  21. Solar differential rotation reproduced with high-resolution simulation 査読有り Open Access

    Hotta, H; Kusano, K

    NATURE ASTRONOMY   5 巻 ( 11 ) 頁: 1100 - 1102   2021年11月

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    担当区分:筆頭著者   記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:Nature Astronomy  

    The Sun rotates differentially with a fast equator and slow pole<sup>1</sup>. Convection in the solar interior is thought to maintain the differential rotation. However, although many numerical simulations have been conducted to reproduce the solar differential rotation<sup>2–7</sup>, previous high-resolution calculations with solar parameters fall into the antisolar (fast-pole) differential rotation regime. Consequently, we still do not know the true reason why the Sun has a fast-rotating equator. While the construction of the fast equator requires a strong rotational influence on the convection, the previous calculations have not been able to achieve the situation without any manipulations. The problem is called the convective conundrum<sup>8</sup>. The convection and the differential rotation in numerical simulations were different from the observations. Here, we show that a high-resolution calculation succeeds in reproducing the solar-like differential rotation. Our calculations indicate that the strong magnetic field generated by a small-scale dynamo has a significant impact on thermal convection. The successful reproduction of the differential rotation, convection and magnetic field achieved in our calculation is an essential step to understanding the cause of the most basic nature of solar activity, specifically, the 11 yr cycle of sunspot activity.

    DOI: 10.1038/s41550-021-01459-0

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    その他リンク: https://www.nature.com/articles/s41550-021-01459-0

  22. PSTEP: project for solar-terrestrial environment prediction 査読有り Open Access

    Kusano, K; Ichimoto, K; Ishii, M; Miyoshi, Y; Yoden, S; Akiyoshi, H; Asai, A; Ebihara, Y; Fujiwara, H; Goto, TN; Hanaoka, Y; Hayakawa, H; Hosokawa, K; Hotta, H; Hozumi, K; Imada, S; Iwai, K; Iyemori, T; Jin, H; Kataoka, R; Katoh, Y; Kikuchi, T; Kubo, Y; Kurita, S; Matsumoto, H; Mitani, T; Miyahara, H; Miyoshi, Y; Nagatsuma, T; Nakamizo, A; Nakamura, S; Nakata, H; Nishizuka, N; Otsuka, Y; Saito, S; Saito, S; Sakurai, T; Sato, T; Shimizu, T; Shinagawa, H; Shiokawa, K; Shiota, D; Takashima, T; Tao, C; Toriumi, S; Ueno, S; Watanabe, K; Watari, S; Yashiro, S; Yoshida, K; Yoshikawa, A

    EARTH PLANETS AND SPACE   73 巻 ( 1 )   2021年8月

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:Earth Planets and Space  

    Although solar activity may significantly impact the global environment and socioeconomic systems, the mechanisms for solar eruptions and the subsequent processes have not yet been fully understood. Thus, modern society supported by advanced information systems is at risk from severe space weather disturbances. Project for solar–terrestrial environment prediction (PSTEP) was launched to improve this situation through synergy between basic science research and operational forecast. The PSTEP is a nationwide research collaboration in Japan and was conducted from April 2015 to March 2020, supported by a Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas from the Ministry of Education, Culture, Sports, Science and Technology of Japan. By this project, we sought to answer the fundamental questions concerning the solar–terrestrial environment and aimed to build a next-generation space weather forecast system to prepare for severe space weather disasters. The PSTEP consists of four research groups and proposal-based research units. It has made a significant progress in space weather research and operational forecasts, publishing over 500 refereed journal papers and organizing four international symposiums, various workshops and seminars, and summer school for graduate students at Rikubetsu in 2017. This paper is a summary report of the PSTEP and describes the major research achievements it produced.[Figure not available: see fulltext.]

    DOI: 10.1186/s40623-021-01486-1

    Open Access

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    その他リンク: https://link.springer.com/article/10.1186/s40623-021-01486-1/fulltext.html

  23. Relationship between magnetic field properties and statistical flow using numerical simulation and magnetic feature tracking on solar photosphere 査読有り Open Access

    Takahata, K; Hotta, H; Iida, Y; Oba, T

    MONTHLY NOTICES OF THE ROYAL ASTRONOMICAL SOCIETY   503 巻 ( 3 ) 頁: 3610 - 3616   2021年5月

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:Monthly Notices of the Royal Astronomical Society  

    We perform radiative magnetohydrodynamic calculations for the solar-quiet region to investigate the dependence of statistical flow on magnetic properties and the three-dimensional structure of magnetic patches in the presence of large-scale flow that mimics differential rotation. It has been confirmed that strong magnetic field patches move faster in the longitudinal direction at the solar surface. Consequently, strong magnetic patches penetrate deeper into the solar interior. The motion of the deep-rooted magnetic patches is influenced by the faster differential rotation in the deeper layer. In this study, we perform realistic radiative magnetohydrodynamic calculations using R2D2 code to validate that stronger patches have deeper roots. We also add large-scale flow to mimic the differential rotation. The magnetic patches are automatically detected and tracked, and we evaluate the depth of 30 000 magnetic patches. The velocities of 2.9 million magnetic patches are then measured at the photosphere. We obtain the dependence of these values on the magnetic properties, such as field strength and flux. Our results confirm that strong magnetic patches tend to show deeper roots and faster movement, and we compare our results with observations using the point spread function of instruments at the Hinode and Solar Dynamics Observatory (SDO). Our result is quantitatively consistent with previous observational results of the SDO.

    DOI: 10.1093/mnras/stab710

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    その他リンク: http://academic.oup.com/mnras/article-pdf/503/3/3610/36855183/stab710.pdf

  24. Gradual onset of the Maunder Minimum revealed by high-precision carbon-14 analyses 査読有り Open Access

    Miyahara, H; Tokanai, F; Moriya, T; Takeyama, M; Sakurai, H; Horiuchi, K; Hotta, H

    SCIENTIFIC REPORTS   11 巻 ( 1 )   2021年3月

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:Scientific Reports  

    The Sun exhibits centennial-scale activity variations and sometimes encounters grand solar minimum when solar activity becomes extremely weak and sunspots disappear for several decades. Such an extreme weakening of solar activity could cause severe climate, causing massive reductions in crop yields in some regions. During the past decade, the Sun’s activity has tended to decline, raising concerns that the Sun might be heading for the next grand minimum. However, we still have an underdeveloped understanding of solar dynamo mechanisms and hence precise prediction of near-future solar activity is not attained. Here we show that the 11-year solar cycles were significantly lengthened before the onset of the Maunder Minimum (1645–1715 CE) based on unprecedentedly high-precision data of carbon-14 content in tree rings. It implies that flow speed in the convection zone is an essential parameter to determine long-term solar activity variations. We find that a 16 year-long cycle had occurred three solar cycles before the onset of prolonged sunspot disappearance, suggesting a longer-than-expected preparatory period for the grand minimum. As the Sun has shown a tendency of cycle lengthening since Solar Cycle 23 (1996–2008 CE), the behavior of Solar Cycle 25 can be critically important to the later solar activity.

    DOI: 10.1038/s41598-021-84830-5

    Open Access

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    その他リンク: http://www.nature.com/articles/s41598-021-84830-5

  25. Formation of superstrong horizontal magnetic field in delta-type sunspot in radiation magnetohydrodynamic simulations 査読有り Open Access

    Hotta, H; Toriumi, S

    MONTHLY NOTICES OF THE ROYAL ASTRONOMICAL SOCIETY   498 巻 ( 2 ) 頁: 2925 - 2935   2020年10月

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    担当区分:筆頭著者, 責任著者   記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:Monthly Notices of the Royal Astronomical Society  

    We perform a series of radiative magnetohydrodynamic simulations to understand the amplification mechanism of the exceptionally strong horizontal magnetic field in delta-type sunspots. In the simulations, we succeed in reproducing the delta-type sunspot and resulting strong magnetic field exceeding 6000 G in a light bridge between the positive and negative polarities. Our conclusions in this study are summarized as follows: (1) The essential amplification mechanism of the strong horizontal magnetic field is the shear motion caused by the rotation of two spots. (2) The strong horizontal magnetic field remains the force-free state. (3) The peak strength of the magnetic fields does not depend on the spatial resolution, top boundary condition, or Alfvén speed limit. The origin of the rotating motion is rooted in the deep convection zone. Therefore, the magnetic field in the delta-spot light bridge can be amplified to the superequipartition values in the photosphere.

    DOI: 10.1093/mnras/staa2529

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    その他リンク: http://academic.oup.com/mnras/article-pdf/498/2/2925/33781176/staa2529.pdf

  26. Turbulence in the Sun is suppressed on large scales and confined to equatorial regions 査読有り Open Access

    Hanasoge, SM; Hotta, H; Sreenivasan, KR

    SCIENCE ADVANCES   6 巻 ( 30 ) 頁: eaba9639 - eaba9639   2020年7月

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:Science Advances  

    Convection in the Sun's outer envelope generates turbulence and drives differential rotation, meridional circulation, and the global magnetic cycle. We develop a greater understanding of these processes by contrasting observations with simulations of global convection. These comparisons also enhance our comprehension of the physics of distant Sun-like stars. Here, we infer toroidal flow power as a function of wave number, frequency, and depth in the solar interior through helioseismic analyses of space-based observations. The inferred flows grow with spatial wave number and temporal frequency and are confined to low latitudes, supporting the argument that rotation induces systematic differences between the poles and equator. In contrast, the simulations used here show the opposite trends-power diminishing with increasing wave number and frequency while flow amplitudes become weakest at low latitudes. These differences highlight gaps in our understanding of solar convection and point to challenges ahead.

    DOI: 10.1126/sciadv.aba9639

    Open Access

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  27. On rising magnetic flux tube and formation of sunspots in a deep domain 査読有り Open Access

    Hotta, H; Iijima, H

    MONTHLY NOTICES OF THE ROYAL ASTRONOMICAL SOCIETY   494 巻 ( 2 ) 頁: 2523 - 2537   2020年5月

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    担当区分:筆頭著者, 責任著者   記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:Monthly Notices of the Royal Astronomical Society  

    We investigate the rising flux tube and the formation of sunspots in an unprecedentedly deep computational domain that covers the whole convection zone with a radiative magnetohydrodynamics simulation. Previous calculations had shallow computational boxes (<30 Mm) and convection zones at a depth of 200 Mm. By using our new numerical code Radition and RSST for Deep Dynamics (R2D2), we succeed in covering the whole convection zone and reproduce the formation of the sunspot from a simple horizontal flux tube because of the turbulent thermal convection. The main findings are as follows. (1) The rising speed of the flux tube is larger than the upward convection velocity because of the low density caused by the magnetic pressure and the suppression of the mixing. (2) The rising speed of the flux tube exceeds 250 ms-1 at a depth of 18Mm, while we do not see any clear evidence of the divergent flow 3 h before the emergence at the solar surface. (3) Initially, the root of the flux tube is filled with the downflows, and then the upflow fills the centre of the flux tube during the formation of the sunspot. (4) The essential mechanisms for the formation of the sunspot are the coherent inflow and the turbulent transport. (5) The low-temperature region is extended to a depth of at least 40 Mm in the matured sunspot, with the high-temperature region in the centre of the flux tube. Some of the findings indicate the importance of the deep computational domain for the flux emergence simulations.

    DOI: 10.1093/mnras/staa844

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    その他リンク: http://academic.oup.com/mnras/article-pdf/494/2/2523/33113724/staa844.pdf

  28. Spontaneous Generation of <i>?</i>-sunspots in Convective Magnetohydrodynamic Simulation of Magnetic Flux Emergence 査読有り 国際誌 Open Access

    Toriumi, S; Hotta, H

    ASTROPHYSICAL JOURNAL LETTERS   886 巻 ( 1 ) 頁: L21   2019年11月

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:Astrophysical Journal Letters  

    https://ui.adsabs.harvard.edu/abs/2019ApJ...886L..21T/abstract

    DOI: 10.3847/2041-8213/ab55e7

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    その他リンク: https://arxiv.org/abs/1911.03909

  29. Effect of Morphological Asymmetry between Leading and Following Sunspots on the Prediction of Solar Cycle Activity 査読有り Open Access

    Iijima, H; Hotta, H; Imada, S

    ASTROPHYSICAL JOURNAL   883 巻 ( 1 ) 頁: 24 - 24   2019年9月

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:Astrophysical Journal  

    The morphological asymmetry of leading and following sunspots is a well-known characteristic of the solar surface. In the context of the large-scale evolution of the surface magnetic field, the asymmetry has been assumed to have only a negligible effect. Using the surface flux transport (SFT) model, we show that the morphological asymmetry of leading and following sunspots has a significant impact on the evolution of the large-scale magnetic field on the solar surface. By evaluating the effect of the morphological asymmetry of each bipolar magnetic region (BMR), we observe that the introduction of asymmetry to the BMR model significantly reduces the contribution to the polar magnetic field, especially for large and high-latitude BMRs. Strongly asymmetric BMRs can even reverse regular polar field formation. The SFT simulations based on the observed sunspot record show that the introduction of morphological asymmetry reduces the root-mean-square difference from the observed axial dipole strength by 30%-40%. These results indicate that the morphological asymmetry of leading and following sunspots has a significant effect on the solar cycle prediction.

    DOI: 10.3847/1538-4357/ab3b04

    Open Access

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    その他リンク: https://iopscience.iop.org/article/10.3847/1538-4357/ab3b04

  30. Semiconservative reduced speed of sound technique for low Mach number flows with large density variations 査読有り Open Access

    Iijima, H; Hotta, H; Imada, S

    ASTRONOMY & ASTROPHYSICS   622 巻   頁: A157 - A157   2019年2月

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:Astronomy and Astrophysics  

    Context. The reduced speed of sound technique (RSST) has been used for efficient simulation of low Mach number flows in solar and stellar convection zones. The basic RSST equations are hyperbolic and are suitable for parallel computation by domain decomposition. The application of RSST is limited to cases in which density perturbations are much smaller than the background density. In addition, nonconservative variables are required to be evolved using this method, which is not suitable in cases where discontinuities such as shock waves coexist in a single numerical domain. Aims. In this study, we suggest a new semiconservative formulation of the RSST that can be applied to low Mach number flows with large density variations. Methods. We derive the wave speed of the original and newly suggested methods to clarify that these methods can reduce the speed of sound without affecting the entropy wave. The equations are implemented using the finite volume method. Several numerical tests are carried out to verify the suggested methods. Results. The analysis and numerical results show that the original RSST is not applicable when mass density variations are large. In contrast, the newly suggested methods are found to be efficient in such cases. We also suggest variants of the RSST that conserve momentum in the machine precision. The newly suggested variants are formulated as semiconservative equations, which reduce to the conservative form of the Euler equations when the speed of sound is not reduced. This property is advantageous when both high and low Mach number regions are included in the numerical domain. Conclusions. The newly suggested forms of RSST can be applied to a wider range of low Mach number flows.

    DOI: 10.1051/0004-6361/201834031

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  31. Weak influence of near-surface layer on solar deep convection zone revealed by comprehensive simulation from base to surface 査読有り Open Access

    Hotta, H; Iijima, H; Kusano, K

    SCIENCE ADVANCES   5 巻 ( 1 )   2019年1月

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:Science Advances  

    The solar convection zone is filled with turbulent convection in highly stratified plasma. Several theoretical and observational studies suggest that the numerical calculations overestimate the convection velocity. Since all deep convection zone calculations exclude the solar surface due to substantial temporal and spatial scale separations, the solar surface, which drives the thermal convection with efficient radiative cooling, has been thought to be the key to solve this discrepancy. Thanks to the recent development in massive supercomputers, we are successful in performing the comprehensive calculation covering the whole solar convection zone. We compare the results with and without the solar surface in the local domain and without the surface in the full sphere. The calculations do not include the rotation and the magnetic field. The surface region has an unexpectedly weak influence on the deep convection zone. We find that just including the solar surface cannot solve the problem.

    DOI: 10.1126/sciadv.aau2307

    Open Access

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  32. Asteroseismic detection of latitudinal differential rotation in 13 Sun-like stars 査読有り Open Access

    Benomar, O; Bazot, M; Nielsen, MB; Gizon, L; Sekii, T; Takata, M; Hotta, H; Hanasoge, S; Sreenivasan, KR; Christensen-Dalsgaard, J

    SCIENCE   361 巻 ( 6408 ) 頁: 1231 - +   2018年9月

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:Science  

    The differentially rotating outer layers of stars are thought to play a role in driving their magnetic activity, but the underlying mechanisms that generate and sustain differential rotation are poorly understood. We report the measurement using asteroseismology of latitudinal differential rotation in the convection zones of 40 Sun-like stars. For the most significant detections, the stars’ equators rotate approximately twice as fast as their midlatitudes. The latitudinal shear inferred from asteroseismology is much larger than predictions from numerical simulations.

    DOI: 10.1126/science.aao6571

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  33. Sunspot drawings by Japanese official astronomers in 1749-1750 査読有り Open Access

    Hayakawa, H; Iwahashi, K; Fujiyama, M; Kawai, T; Toriumi, S; Hotta, H; Iijima, H; Imada, S; Tamazawa, H; Shibata, K

    PUBLICATIONS OF THE ASTRONOMICAL SOCIETY OF JAPAN   70 巻 ( 4 )   2018年8月

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:Publications of the Astronomical Society of Japan  

    Sunspot observations with telescopes in the 18<sup>th</sup> century were carried out in Japan as well as elsewhere. One of these sunspot observations is recorded in an account called Sansaizusetsu narabini Kansei irai Jissoku Zusetsu (Charts of Three Worlds and Diagrams of Actual Observations since Kansei Era). We have analyzed manuscripts of this account to show a total of 15 sunspot drawings during 1749-1750. These observations are considered to be carried out by contemporary official astronomers in Japan, with telescopes covered by zongurasus (< zonglas in Dutch, corresponding to “sunglass” in English). We counted their group number of sunspots to locate them in long-term solar activity and show that their observations were situated near the solar maximum in 1750. We also computed their locations and areas, while we have to admit differences of the variant manuscripts with one another. These observational records show the spread of sunspot observations not only in Europe, but also in Japan, and hence may contribute to crosscheck, or possibly to improve the known sunspot indices.

    DOI: 10.1093/pasj/psy066

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  34. Simulations of Below-Ground Dynamics of Fungi: 1.184 Pflops Attained by Automated Generation and Autotuning of Temporal Blocking Codes

    Muranushi T., Hotta H., Makino J., Nishizawa S., Tomita H., Nitadori K., Iwasawa M., Hosono N., Maruyama Y., Inoue H., Yashiro H., Nakamura Y.

    International Conference for High Performance Computing Networking Storage and Analysis Sc   0 巻   頁: 23 - 33   2017年11月

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    出版者・発行元:International Conference for High Performance Computing Networking Storage and Analysis Sc  

    Stencil computation has many applications in science and engineering, thus many optimization techniques such as temporal blocking have been developed. They are, however, rarely used in real-world applications, since a large amount of careful programming is required for even the simplest of stencils. We introduce Formura, a domain specific language that provides easy access to optimized stencil computations. Higher-order integration schemes can be defined using mathematical notations. Formura generates C code with MPI calls and performs autotuning. Hence its performance is portable to most distributed-memory computers. We show the scientific applicability of Formura by performing magnetohydrodynamics (MHD) and belowground biology simulations. Ability to reach bytes-per-flops ratio only attainable by temporal blocking is demonstrated. We also demonstrate scaling up to the full nodes of the K computer, with 1.184 Pflops, 11.62% floating-pointoperation efficiency, and 31.26% memory throughput efficiency.

    DOI: 10.1109/SC.2016.2

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  35. Large-scale magnetic fields at high Reynolds numbers in magnetohydrodynamic simulations 査読有り

    Hotta, H; Rempel, M; Yokoyama, T

    SCIENCE   351 巻 ( 6280 ) 頁: 1427 - 1430   2016年3月

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    担当区分:筆頭著者, 責任著者   記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:Science  

    The 11-year solarmagnetic cycle shows a high degree of coherence in spite of the turbulent nature of the solar convection zone. It has been found in recent high-resolutionmagnetohydrodynamics simulations that the maintenance of a large-scale coherent magnetic field is difficult with small viscosity and magnetic diffusivity (≲10<sup>12</sup> square centimenters per second).We reproduced previous findings that indicate a reduction of the energy in the large-scalemagnetic field for lower diffusivities and demonstrate the recovery of the global-scalemagnetic field using unprecedentedly high resolution. We found an efficient small-scale dynamo that suppresses small-scale flows, which mimics the properties of large diffusivity. As a result, the global-scale magnetic field is maintained even in the regime of small diffusivities - that is, large Reynolds numbers.

    DOI: 10.1126/science.aad1893

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  36. Simulations of Below-Ground Dynamics of Fungi: 1.184 Pflops Attained by Automated Generation and Autotuning of Temporal Blocking Codes

    Muranushi, T; Hotta, H; Makino, J; Nishizawa, S; Tomita, H; Nitadori, K; Iwasawa, M; Hosono, N; Maruyama, Y; Inoue, H; Yashiro, H; Nakamura, Y

    SC '16: PROCEEDINGS OF THE INTERNATIONAL CONFERENCE FOR HIGH PERFORMANCE COMPUTING, NETWORKING, STORAGE AND ANALYSIS     頁: 23 - 33   2016年

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  37. Automatic Generation of Efficient Codes from Mathematical Descriptions of Stencil Computation

    Muranushi, T; Nishizawa, S; Tomita, H; Nitadori, K; Iwasawa, M; Maruyama, Y; Yashiro, H; Nakamura, Y; Hotta, H; Makino, J; Hosono, N; Inoue, H

    FHPC'16: PROCEEDINGS OF THE 5TH INTERNATIONAL WORKSHOP ON FUNCTIONAL HIGH-PERFORMANCE COMPUTING     頁: 17 - 22   2016年

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    出版者・発行元:Fhpc 2016 Proceedings of the 5th International Workshop on Functional High Performance Computing Co Located with ICFP 2016  

    Programming in HPC is a tedious work. Therefore functional programming languages that generate HPC programs have been proposed. However, they are not widely used by application scientists, because of learning barrier, and lack of demonstrated application performance. We have designed Formura which adopts application-friendly features such as typed rational array indices. Formura users can describe mathematical concepts such as operation over derivative operators using functional programming. Formura allows intuitive expression over array elements while ensuring the program is a stencil computation, so that state-of-the-art stencil optimization techniques such as temporal blocking is always applied to Formura-generated program. We demonstrate the usefulness of Formura by implementing a preliminary below-ground biology simulation. Optimized C-code are generated from 672 bytes of Formura program. The simulation was executed on the full nodes of the K computer, with 1.184 Pflops, 11.62% floating-point-instruction efficiency, and 31.26% memory throughput efficiency.

    DOI: 10.1145/2975991.2975994

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  38. Recent Advances on Solar Global Magnetism and Variability 査読有り

    Brun, AS; Browning, MK; Dikpati, M; Hotta, H; Strugarek, A

    SPACE SCIENCE REVIEWS   196 巻 ( 1-4 ) 頁: 101 - 136   2015年12月

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(国際会議プロシーディングス)   出版者・発行元:Space Science Reviews  

    We discuss recent observational, theoretical and numerical progress made in understanding the solar global magnetism and its short and long term variability. We discuss the physical process thought to be at the origin of the solar magnetic field and its 22-yr cycle, namely dynamo action, and the nonlinear interplay between convection, rotation, radiation and magnetic field, yielding modulations of the solar constant or of the large scale flows such as the torsional oscillations. We also discuss the role of the field parity and dynamo families in explaining the complex multipolar structure of the solar global magnetic field. We then present some key MHD processes acting in the deep radiative interior and discuss the probable topology of a primordial field there. Finally we summarize how helioseismology has contributed to these recent advances and how it could contribute to resolving current unsolved problems in solar global dynamics and magnetism.

    DOI: 10.1007/s11214-013-0028-0

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  39. EFFICIENT SMALL-SCALE DYNAMO IN THE SOLAR CONVECTION ZONE 査読有り Open Access

    Hotta, H; Rempel, M; Yokoyama, T

    ASTROPHYSICAL JOURNAL   803 巻 ( 1 ) 頁: 42 - 14   2015年4月

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    担当区分:筆頭著者, 責任著者   記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:Astrophysical Journal  

    We investigate small-scale dynamo action in the solar convection zone through a series of high-resolution MHD simulations in a local Cartesian domain with 1 R<inf>⊙</inf> (solar radius) of horizontal extent and a radial extent from 0.715 to 0.96 R<inf>⊙</inf>. The dependence of the solution on resolution and diffusivity is studied. For a grid spacing of less than 350 km, the rms magnetic field strength near the base of the convection zone reaches 95% of the equipartition field strength (i.e., magnetic and kinetic energy are comparable). For these solutions the Lorentz force feedback on the convection velocity is found to be significant. The velocity near the base of the convection zone is reduced to 50% of the hydrodynamic one. In spite of the significant decrease of the convection velocity, the reduction in the enthalpy flux is relatively small, since the magnetic field also suppresses the horizontal mixing of the entropy between up- and downflow regions. This effect increases the amplitude of the entropy perturbation and makes convective energy transport more efficient. We discuss potential implications of these results for solar global convection and dynamo simulations.

    DOI: 10.1088/0004-637X/803/1/42

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  40. HIGH-RESOLUTION CALCULATION OF THE SOLAR GLOBAL CONVECTION WITH THE REDUCED SPEED OF SOUND TECHNIQUE. II. NEAR SURFACE SHEAR LAYER WITH THE ROTATION 査読有り Open Access

    Hotta, H; Rempel, M; Yokoyama, T

    ASTROPHYSICAL JOURNAL   798 巻 ( 1 )   2015年1月

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    担当区分:筆頭著者, 責任著者   記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:Astrophysical Journal  

    We present a high-resolution, highly stratified numerical simulation of rotating thermal convection in a spherical shell. Our aim is to study in detail the processes that can maintain a near surface shear layer (NSSL) as inferred from helioseismology. Using the reduced speed of sound technique, we can extend our global convection simulation to 0.99 R<inf>⊙</inf> and include, near the top of our domain, small-scale convection with short timescales that is only weakly influenced by rotation. We find the formation of an NSSL preferentially in high latitudes in the depth range of r = 0.95-0.975 R<inf>⊙</inf>. The maintenance mechanisms are summarized as follows. Convection under the weak influence of rotation leads to Reynolds stresses that transport angular momentum radially inward in all latitudes. This leads to the formation of a strong poleward-directed meridional flow and an NSSL, which is balanced in the meridional plane by forces resulting from the <υ′<inf>r</inf>υ′<inf>θ</inf>> correlation of turbulent velocities. The origin of the required correlations depends to some degree on latitude. In high latitudes, a positive correlation <υ′<inf>r</inf>υ′<inf>θ</inf>> is induced in the NSSL by the poleward meridional flow whose amplitude increases with the radius, while a negative correlation is generated by the Coriolis force in bulk of the convection zone. In low latitudes, a positive correlation <υ′<inf>r</inf>υ′<inf>θ</inf>> results from rotationally aligned convection cells ("banana cells"). The force caused by these Reynolds stresses is in balance with the Coriolis force in the NSSL.

    DOI: 10.1088/0004-637X/798/1/51

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  41. Structure of Convection and Magnetic Field Without Rotation

    Hotta Hideyuki

    THERMAL CONVECTION, MAGNETIC FIELD, AND DIFFERENTIAL ROTATION IN SOLAR-TYPE STARS     頁: 33 - 58   2015年

  42. General Introduction

    Hotta Hideyuki

    THERMAL CONVECTION, MAGNETIC FIELD, AND DIFFERENTIAL ROTATION IN SOLAR-TYPE STARS     頁: 1 - 17   2015年

  43. Concluding Remarks

    Hotta Hideyuki

    THERMAL CONVECTION, MAGNETIC FIELD, AND DIFFERENTIAL ROTATION IN SOLAR-TYPE STARS     頁: 75 - 77   2015年

  44. Basic Equations and Development of Numerical Code

    Hotta Hideyuki

    THERMAL CONVECTION, MAGNETIC FIELD, AND DIFFERENTIAL ROTATION IN SOLAR-TYPE STARS     頁: 19 - 31   2015年

  45. Reproduction of Near Surface Shear Layer with Rotation

    Hotta Hideyuki

    THERMAL CONVECTION, MAGNETIC FIELD, AND DIFFERENTIAL ROTATION IN SOLAR-TYPE STARS     頁: 59 - 74   2015年

  46. Solar Differential rotation Maintained by Small- and Large-scale Convection 査読有り

    Hotta, H; Rempel, M; Yokoyama, T

    NUMERICAL MODELING OF SPACE PLASMA FLOWS: ASTRONUM-2014   498 巻   頁: 154 - 159   2015年

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    担当区分:筆頭著者, 責任著者   記述言語:英語   掲載種別:研究論文(国際会議プロシーディングス)  

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  47. High-resolution calculations of the solar global convection with the reduced speed of sound technique. I. the structure of the convection and the magnetic field without the rotation Open Access

    Hotta H., Rempel M., Yokoyama T.

    Astrophysical Journal   786 巻 ( 1 )   2014年5月

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    出版者・発行元:Astrophysical Journal  

    We carry out non-rotating high-resolution calculations of the solar global convection, which resolve convective scales of less than 10 Mm. To cope with the low Mach number conditions in the lower convection zone, we use the reduced speed of sound technique (RSST), which is simple to implement and requires only local communication in the parallel computation. In addition, the RSST allows us to expand the computational domain upward to about 0.99 R ⊙, as it can also handle compressible flows. Using this approach, we study the solar convection zone on the global scale, including small-scale near-surface convection. In particular, we investigate the influence of the top boundary condition on the convective structure throughout the convection zone as well as on small-scale dynamo action. Our main conclusions are as follows. (1) The small-scale downflows generated in the near-surface layer penetrate into deeper layers to some extent and excite small-scale turbulence in the region >0.9 R ⊙, where R ⊙is the solar radius. (2) In the deeper convection zone (<0.9 R ⊙), the convection is not influenced by the location of the upper boundary. (3) Using a large eddy simulation approach, we can achieve small-scale dynamo action and maintain a field of about 0.15B eq-0.25B eq throughout the convection zone, where B eq is the equipartition magnetic field to the kinetic energy. (4) The overall dynamo efficiency varies significantly in the convection zone as a consequence of the downward directed Poynting flux and the depth variation of the intrinsic convective scales. © 2014. The American Astronomical Society. All rights reserved.

    DOI: 10.1088/0004-637X/786/1/24

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  48. High-resolution Calculations of the Solar Global Convection with the Reduced Speed of Sound Technique. I. The Structure of the Convection and the Magnetic Field without the Rotation 査読有り Open Access

    H, Hotta, M, Rempel, T. Yokoyama

    The Astrophysical Journal   786 巻   頁: 24   2014年1月

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    担当区分:筆頭著者, 責任著者   記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)  

    DOI: 10.1088/0004-637X/786/1/24

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  49. 26aEA-13 表面付近を取り入れた太陽全球殼熱対流数値計算により実現される対流スペクトル(26aEA 領域2,地球電磁気・地球惑星圏学会,日本天文学会合同 プラズマ宇宙物理(3学会合同セッション:MHD,流体現象),領域2(プラズマ基礎・プラズマ科学・核融合プラズマ・プラズマ宇宙物理)) Open Access

    堀田 英之, 横山 央明

    日本物理学会講演概要集   68.1.2 巻 ( 0 ) 頁: 257   2013年

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    記述言語:日本語   出版者・発行元:一般社団法人 日本物理学会  

    DOI: 10.11316/jpsgaiyo.68.1.2.0_257_2

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    CiNii Research

  50. Generation of twist on magnetic flux tubes at the base of the solar convection zone 査読有り Open Access

    Hotta, H; Yokoyama, T

    ASTRONOMY & ASTROPHYSICS   548 巻   頁: A74   2012年12月

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    担当区分:筆頭著者, 責任著者   記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:Astronomy and Astrophysics  

    Using two-dimensional magnetohydrodynamics calculations, we investigate a twist generation mechanism on a magnetic flux tube at the base of the solar convection zone based on the idea of Choudhuri (2003, Sol. Phys., 215, 31) in which a toroidal magnetic field is wrapped by a surrounding mean poloidal field. During generation of the twist, the flux tube follows four phases. (1) It quickly splits into two parts with vortex motions rolling up the poloidal magnetic field. (2) Owing to the physical mechanism similar to that of the magneto-rotational instability, the rolled-up poloidal field is bent and amplified. (3) The magnetic tension of the disturbed poloidal magnetic field reduces the vorticity, and the lifting force caused by vortical motion decreases. (4) The flux tube gets twisted and begins to rise again without splitting. Investigation of these processes is significant because it shows that a flux tube without any initial twist can rise to the surface in relatively weak poloidal fields. © 2012 ESO.

    DOI: 10.1051/0004-6361/201220108

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  51. MAGNETIC FIELD INTENSIFICATION BY THE THREE-DIMENSIONAL "EXPLOSION" PROCESS 査読有り Open Access

    Hotta, H; Rempel, M; Yokoyama, T

    ASTROPHYSICAL JOURNAL LETTERS   759 巻 ( 1 ) 頁: L24   2012年11月

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    担当区分:筆頭著者, 責任著者   記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:Astrophysical Journal Letters  

    We investigate an intensification mechanism for the magnetic field near the base of the solar convection zone that does not rely on differential rotation. Such mechanism in addition to differential rotation has been suggested by studies of flux emergence, which typically require field strength in excess of those provided by differential rotation alone. We study here a process in which potential energy of the superadiabatically stratified convection zone is converted into magnetic energy. This mechanism, known as the "explosion of magnetic flux tubes," has been previously studied in thin flux tube approximation as well as two-dimensional magnetohydrodynamic (MHD) simulations; here we expand the investigation to three-dimensional MHD simulations. Our main result is that enough intensification can be achieved in a three-dimensional magnetic flux sheet as long as the spatial scale of the imposed perturbation normal to the magnetic field is sufficiently large. When this spatial scale is small, the flux sheet tends to rise toward the surface, resulting in a significant decrease of the magnetic field amplification. © 2012. The American Astronomical Society. All rights reserved.

    DOI: 10.1088/2041-8205/759/1/L24

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  52. ESTIMATION OF TURBULENT DIFFUSIVITY WITH DIRECT NUMERICAL SIMULATION OF STELLAR CONVECTION 査読有り Open Access

    Hotta, H; Iida, Y; Yokoyama, T

    ASTROPHYSICAL JOURNAL LETTERS   751 巻 ( 1 ) 頁: L9   2012年5月

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    担当区分:筆頭著者, 責任著者   記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:Astrophysical Journal Letters  

    We investigate the value of horizontal turbulent diffusivity η by numerical calculation of thermal convection. In this study, we introduce a new method whereby the turbulent diffusivity is estimated by monitoring the time development of the passive scalar, which is initially distributed in a given Gaussian function with a spatial scale d <inf>0</inf>. Our conclusions are as follows: (1) assuming the relation η = L <inf>c</inf> v <inf>rms</inf>/3, where v <inf>rms</inf> is the root-mean-square (rms) velocity, the characteristic length L <inf>c</inf> is restricted by the shortest one among the pressure (density) scale height and the region depth. (2) The value of turbulent diffusivity becomes greater with the larger initial distribution scale d <inf>0</inf>. (3) The approximation of turbulent diffusion holds better when the ratio of the initial distribution scale d <inf>0</inf> to the characteristic length L <inf>c</inf> is larger. © 2012. The American Astronomical Society. All rights reserved..

    DOI: 10.1088/2041-8205/751/1/L9

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  53. Numerical calculation of convection with reduced speed of sound technique (<i>Research Note</i>) 査読有り Open Access

    Hotta, H; Rempel, M; Yokoyama, T; Iida, Y; Fan, Y

    ASTRONOMY & ASTROPHYSICS   539 巻   頁: A30   2012年3月

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    担当区分:筆頭著者, 責任著者   記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:Astronomy and Astrophysics  

    Context. The anelastic approximation is often adopted in numerical calculations with low Mach numbers, such as those including stellar internal convection. This approximation requires so-called frequent global communication, because of an elliptic partial differential equation. Frequent global communication is, however, negative factor for the parallel computing performed with a large number of CPUs. Aims. We test the validity of a method that artificially reduces the speed of sound for the compressible fluid equations in the context of stellar internal convection. This reduction in the speed of sound leads to longer time steps despite the low Mach number, while the numerical scheme remains fully explicit and the mathematical system is hyperbolic, thus does not require frequent global communication. Methods. Two-and three-dimensional compressible hydrodynamic equations are solved numerically. Some statistical quantities of solutions computed with different effective Mach numbers (owing to the reduction in the speed of sound) are compared to test the validity of our approach. Results. Numerical simulations with artificially reduced speed of sound are a valid approach as long as the effective Mach number (based on the lower speed of sound) remains less than 0.7. © 2012 ESO.

    DOI: 10.1051/0004-6361/201118268

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  54. Evidence for the late formation of hydrous asteroids from young meteoritic carbonates 査読有り Open Access

    Fujiya, W; Sugiura, N; Hotta, H; Ichimura, K; Sano, Y

    NATURE COMMUNICATIONS   3 巻   頁: 627   2012年1月

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:Nature Communications  

    The accretion of small bodies in the Solar System is a fundamental process that was followed by planet formation. Chronological information of meteorites can constrain when asteroids formed. Secondary carbonates show extremely old <sup>53</sup>Mn-<sup>53</sup>Cr radiometric ages, indicating that some hydrous asteroids accreted rapidly. However, previous studies have failed to define accurate Mn/Cr ratios; hence, these old ages could be artefacts. Here we develop a new method for accurate Mn/Cr determination, and report a reliable age of 4,563.4+0.4/-0.5 million years ago for carbonates in carbonaceous chondrites. We find that these carbonates have identical ages, which are younger than those previously estimated. This result suggests the late onset of aqueous activities in the Solar System. The young carbonate age cannot be explained if the parent asteroid accreted within 3 million years after the birth of the Solar System. Thus, we conclude that hydrous asteroids accreted later than differentiated and metamorphosed asteroids. © 2012 Macmillan Publishers Limited. All rights reserved.

    DOI: 10.1038/ncomms1635

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  55. Flux Transport Dynamo with Strong Surface Diffusivity

    Hotta, H; Yokoyama, T

    HINODE-3: THE 3RD HINODE SCIENCE MEETING   454 巻   頁: 23 - 26   2012年

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    担当区分:筆頭著者, 責任著者   記述言語:英語   掲載種別:研究論文(国際会議プロシーディングス)  

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  56. MODELING OF DIFFERENTIAL ROTATION IN RAPIDLY ROTATING SOLAR-TYPE STARS 査読有り Open Access

    Hotta, H; Yokoyama, T

    ASTROPHYSICAL JOURNAL   740 巻 ( 1 ) 頁: 12   2011年10月

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    担当区分:筆頭著者, 責任著者   記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:Astrophysical Journal  

    We investigate differential rotation in rapidly rotating solar-type stars by means of an axisymmetric mean field model that was previously applied to the Sun. This allows us to calculate the latitudinal entropy gradient with a reasonable physical basis. Our conclusions are as follows. (1) Differential rotation approaches the Taylor-Proudman state when stellar rotation is faster than solar rotation. (2) Entropy gradient generated by the attached subadiabatic layer beneath the convection zone becomes relatively small with a large stellar angular velocity. (3) Turbulent viscosity and turbulent angular momentum transport determine the spatial difference of angular velocity ΔΩ. (4) The results of our mean field model can explain observations of stellar differential rotation. © 2011. The American Astronomical Society. All rights reserved.

    DOI: 10.1088/0004-637X/740/1/12

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  57. SOLAR PARITY ISSUE WITH FLUX-TRANSPORT DYNAMO 査読有り Open Access

    Hotta, H; Yokoyama, T

    ASTROPHYSICAL JOURNAL LETTERS   714 巻 ( 2 ) 頁: L308 - L312   2010年5月

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    担当区分:筆頭著者, 責任著者   記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:Astrophysical Journal Letters  

    We investigated the dependence of the solar magnetic parity between the hemispheres on two important parameters, the turbulent diffusivity and the meridional flow, by means of axisymmetric kinematic dynamo simulations based on the flux-transport dynamo model. It is known that the coupling of the magnetic field between hemispheres due to turbulent diffusivity is an important factor for the solar parity issue, but the detailed criterion for the generation of the dipole field has not been investigated. Our conclusions are as follows. (1) The stronger diffusivity near the surface is more likely to cause the magnetic field to be a dipole. (2) The thinner layer of the strong diffusivity near the surface is also more apt to generate a dipolar magnetic field. (3) The faster meridional flow is more prone to cause the magnetic field to be a quadrupole, i.e., symmetric about the equator. These results show that turbulent diffusivity and meridional flow are crucial for the configuration of the solar global magnetic field. © 2010. The American Astronomical Society. All rights reserved.

    DOI: 10.1088/2041-8205/714/2/L308

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  58. IMPORTANCE OF SURFACE TURBULENT DIFFUSIVITY IN THE SOLAR FLUX-TRANSPORT DYNAMO 査読有り

    Hotta, H; Yokoyama, T

    ASTROPHYSICAL JOURNAL   709 巻 ( 2 ) 頁: 1009 - 1017   2010年2月

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    担当区分:筆頭著者, 責任著者   記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:Astrophysical Journal  

    A revision to the flux-transport dynamo model for the solar sunspot cycle is proposed and is demonstrated by using the axisymmetric kinematic simulations. The flux-transport dynamo has succeeded to explain the general cyclic behaviors of the sunspots. It has been known, however, that previous models failed to avoid the strong polar surface field and the strong toroidal field at the base in the high latitude, both of which are not consistent with observations. We propose a new regime of the flux-transport dynamo model by assuming an additional intense diffusivity profile near the surface. The surface poloidal field generated by the α effect is transported down to the base of the convection zone not by the meridional flow but by the surface diffusion mainly in the mid-latitude. With a moderate α quenching, this prevents the concentration of the polar surface field and the amplification of the toroidal field at the high latitude. The condition to obtain the proper magnetic field strength near the pole is η<inf>surf</inf> /u<inf>0</inf> > 2 × 10<sup>9</sup> cm, where η<inf>surf</inf> and u<inf>0</inf> are the surface diffusivity and the meridional flow speed, respectively. We also do some parameter studies to ensure the importance of the surface strong diffusivity. In addition, the dependence of the cycle period on free parameters, the speed of meridional flow and the surface diffusivity, is investigated.

    DOI: 10.1088/0004-637X/709/2/1009

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書籍等出版物 4

  1. Eleven-Year Cycle of Solar Magnetic Activity: Observations, Theories, and Numerical Model Predictions

    Sakurai T., Hotta H., Imada S.

    Solar Terrestrial Environmental Prediction  2023年1月  ( ISBN:9789811977640, 9789811977657

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    The record of sunspot observations spans 400 years and shows an 11-year solar activity cycle. How the Sun generates magnetic fields to produce sunspots cyclically is attributed to the magnetohydrodynamic (MHD) dynamo theory, which was initiated in the 1950s as semi-analytical models and is now the subject of supercomputer simulations. The amplitude of 11-year cycles varies from cycle to cycle, and occasionally a drastic reduction in amplitude is observed, for example, the Maunder Minimum in the seventeenth century. The prediction of the amplitude of the forthcoming cycle has been done mostly empirically in the past, but this topic was also studied recently by numerical simulations.

    DOI: 10.1007/978-981-19-7765-7_12

    Scopus

  2. 太陽

    桜井, 隆, 小島, 正宜, 小杉, 健郎, 柴田, 一成

    日本評論社  2018年12月  ( ISBN:9784535607606

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    総ページ数:vii, 362p, 図版 [6] p   記述言語:日本語

    CiNii Research

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  3. Thermal Convection, Magnetic Field, and Differential Rotation in Solar-type Stars (Springer Theses)

    Hideyuki Hotta

    Springer  2015年1月  ( ISBN:4431553983

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    総ページ数:81  

    ASIN

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  4. Thermal convection, magnetic field, and differential rotation in solar-type stars

    堀田 英之

    Springer  2015年  ( ISBN:9784431562580

     詳細を見る

    記述言語:英語

    CiNii Research

MISC 3

  1. 太陽ダイナモを起点とした黒点形成とフレア爆発への物理過程

    西塚直人, 堀田英之, 鳥海森  

    プラズマ・核融合学会誌94 巻 ( 2 ) 頁: 51 - 57   2018年2月

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    記述言語:日本語   掲載種別:記事・総説・解説・論説等(学術雑誌)  

    J-GLOBAL

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  2. 太陽対流層研究の最近の問題 (特集 宇宙電磁流体力学)

    堀田 英之  

    ながれ : 日本流体力学会誌 = Nagare : journal of Japan Society of Fluid Mechanics36 巻 ( 3 ) 頁: 195 - 198   2017年6月

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    記述言語:日本語   出版者・発行元:日本流体力学会  

    CiNii Research

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  3. EUREKA 数値シミュレーションで探る太陽対流層のダイナミクス

    堀田 英之  

    天文月報 = The astronomical herald108 巻 ( 1 ) 頁: 59 - 65   2015年1月

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    記述言語:日本語   出版者・発行元:日本天文学会  

    CiNii Research

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講演・口頭発表等 106

  1. 数値的収束の兆し:太陽内部熱対流の場合

    堀田英之

    日本天文学会春季年会  2025年3月20日 

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    開催年月日: 2025年3月

    記述言語:日本語   会議種別:口頭発表(一般)  

  2. Reproduction of near surface shear layer in the solar convection zone 国際会議

    ISEE Symposium Frontier of Space-Earth Environmental Research as Predictive Science  2025年3月5日 

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    開催年月日: 2025年3月

    記述言語:英語   会議種別:ポスター発表  

  3. 太陽恒星大規模数値シミュレーションの今後の展望 招待有り

    堀田英之

    「ポスト富岳で拓くアプリケーションの未来」  2025年3月25日 

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    開催年月日: 2025年3月

    記述言語:日本語   会議種別:口頭発表(招待・特別)  

  4. Solar and stellar dynamos 招待有り

    Hideyuki Hotta

    Cool Stars Workshop in Japan  2025年2月13日 

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    開催年月日: 2025年2月

    記述言語:日本語   会議種別:口頭発表(招待・特別)  

  5. 高解像度輻射磁気流体シミュレーションで明らかにする黒点半暗部とエバーシェッド流の生成過程

    太陽研連シンポジウム  2025年2月17日 

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    開催年月日: 2025年2月

    記述言語:日本語   会議種別:ポスター発表  

  6. A challenge for numerical convergence in solar convection zone

    2025年1月9日 

     詳細を見る

    開催年月日: 2025年1月

    記述言語:日本語   会議種別:口頭発表(一般)  

  7. High-resolution radiative magnetohydrodynamic simulations for sunspot penumbra and Evershed flows 国際会議

    Hideyuki Hotta; Matthias Rempel

    Space Climate 9  2024年10月1日 

     詳細を見る

    開催年月日: 2024年10月

    記述言語:英語   会議種別:ポスター発表  

  8. On sunspot penumbra and Evershed flow: II. Analysis and interpretation

    Hideyuki Hotta; Matthias Rempel

    2024年9月12日 

     詳細を見る

    開催年月日: 2024年9月

    記述言語:日本語   会議種別:口頭発表(一般)  

  9. Radiative Magnetohydrodynamic Simulations for Solar Surface Dynamics 招待有り 国際会議

    Hideyuki Hotta

    AOGS 2024  2024年7月27日 

     詳細を見る

    開催年月日: 2024年7月

    記述言語:英語   会議種別:口頭発表(招待・特別)  

  10. Solar Polar Mission for Solar Interior and Heliosphere 招待有り 国際会議

    Hideyuki Hotta; Shin Toriumi; Yoshiki Hatta; Shinsuke Imada; Ryudo Tsukizaki; Yuki Takao; Kuniyoshi Tabata; Naoya Ozaki; Kazutaka Nishiyama; Daiki Yamasaki; Takashi Sekii

    COSPAR  2024年7月14日 

     詳細を見る

    開催年月日: 2024年7月

    記述言語:英語   会議種別:口頭発表(招待・特別)  

  11. Flow and magnetic fieldin the solar convection zone 招待有り 国際会議

    Hideyuki Hotta; Kanya Kusano; Ryota Shimada

    ASTRONUM 2024  2024年7月3日 

     詳細を見る

    開催年月日: 2024年7月

    記述言語:英語   会議種別:口頭発表(招待・特別)  

  12. 大規模数値計算で再現する黒点の微細構造

    堀田英之

    日本惑星科学連合大会  2024年5月29日 

     詳細を見る

    開催年月日: 2024年5月

    記述言語:日本語   会議種別:口頭発表(一般)  

  13. 太陽物理学の概要

    堀田英之

    太陽研究最前線ツアー  2024年3月18日 

     詳細を見る

    開催年月日: 2024年3月

    記述言語:日本語   会議種別:公開講演,セミナー,チュートリアル,講習,講義等  

  14. 太陽黒点の半暗部とエバーシェッド流について I. シミュレーション設定と結果

    堀田英之

    日本天文学会  2024年3月15日 

     詳細を見る

    開催年月日: 2024年3月

    記述言語:日本語   会議種別:口頭発表(一般)  

  15. 太陽の乱流と磁場の数値シミュレーション

    堀田英之

    第3回「富岳」成果創出加速プログラム研究交流会  2024年3月12日 

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    開催年月日: 2024年3月

    記述言語:日本語   会議種別:ポスター発表  

  16. 恒星物理学の大問題とその解決に向けた取り組みについて 招待有り

    堀田英之

    Stellar Magnetic Activity WS 2024  2024年2月29日 

     詳細を見る

    開催年月日: 2024年2月

    記述言語:日本語   会議種別:口頭発表(招待・特別)  

  17. 黄道面脱出ミッション進捗報告 招待有り

    堀田英之

    太陽研連シンポジウム  2024年2月22日 

     詳細を見る

    開催年月日: 2024年2月

    記述言語:日本語   会議種別:口頭発表(招待・特別)  

  18. R2D2コードの恒星への拡張

    堀田英之

    太陽研連シンポジウム  2024年2月22日 

     詳細を見る

    開催年月日: 2024年2月

    記述言語:日本語   会議種別:ポスター発表  

  19. 大規模シミュレーションによる太陽地球環境変動予測 招待有り

    堀田英之

    太陽地球環境予測のためのモデル研究の展望  2023年12月19日 

     詳細を見る

    開催年月日: 2023年12月

    記述言語:日本語   会議種別:口頭発表(招待・特別)  

  20. 太陽と恒星の黒点について

    堀田英之

    太陽地球環境予測のためのモデル研究の展望  2023年12月18日 

     詳細を見る

    開催年月日: 2023年12月

    記述言語:日本語   会議種別:口頭発表(一般)  

  21. 日震学の基本原理

    堀田英之

    日震学普及会2023  2023年12月5日 

     詳細を見る

    開催年月日: 2023年12月

    記述言語:日本語   会議種別:公開講演,セミナー,チュートリアル,講習,講義等  

  22. シミュレーションとAIで解き明かす太陽地球環境変動 招待有り

    富岳百景  2023年12月1日 

     詳細を見る

    開催年月日: 2023年12月

    記述言語:日本語   会議種別:公開講演,セミナー,チュートリアル,講習,講義等  

  23. High-resolution simulations of solar convection zone 招待有り 国際会議

    Hideyuki Hotta

    ChaICA V  2023年11月8日 

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    開催年月日: 2023年11月

    記述言語:英語   会議種別:口頭発表(招待・特別)  

  24. 太陽地球環境研究へのHPCの挑戦 招待有り

    堀田英之

    SGEPSS  2023年9月24日 

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    開催年月日: 2023年9月

    記述言語:日本語   会議種別:口頭発表(招待・特別)  

  25. 恒星物理学の諸問題の現状と展望 招待有り

    堀田英之

    日本天文学会  2023年9月20日 

     詳細を見る

    開催年月日: 2023年9月

    記述言語:日本語   会議種別:口頭発表(招待・特別)  

  26. 黄道面脱出ミッション

    堀田英之

    太陽圏シンポジウム  2023年9月19日 

     詳細を見る

    開催年月日: 2023年9月

    記述言語:日本語   会議種別:口頭発表(一般)  

  27. Numerical simulation of turbulence and magnetic field in the Sun 招待有り 国際会議

    Hideyuki Hotta

    CCP2023  2023年8月8日 

     詳細を見る

    開催年月日: 2023年8月

    記述言語:英語   会議種別:口頭発表(招待・特別)  

  28. 激動の宇宙 謎に満ちた現象に迫る:最新シミュレーションで解けてきた太陽内部の謎 招待有り

    堀田英之

    朝日カルチャーセンター  2023年6月17日 

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    開催年月日: 2023年6月

    記述言語:日本語   会議種別:公開講演,セミナー,チュートリアル,講習,講義等  

  29. Flux emergence simulation from the base of the convection zone to the photosphere 国際会議

    Hideyuki Hotta

    Flux emergence simulation from the base of the convection zone to the photosphere  2023年6月5日 

     詳細を見る

    開催年月日: 2023年6月

    記述言語:英語   会議種別:口頭発表(一般)  

  30. Current and next-generation simulations in solar physics 招待有り 国際会議

    Hideyuki Hotta

    The 5th ISEE Symposium  2022年11月16日 

     詳細を見る

    開催年月日: 2022年11月

    記述言語:英語   会議種別:口頭発表(招待・特別)  

  31. Solar differential rotation reproduced with high resolution magnetohydrodynamic simulations 招待有り

    Hideyuki Hotta

    ICNSP2022  2022年9月1日 

     詳細を見る

    開催年月日: 2022年9月

    記述言語:英語   会議種別:口頭発表(招待・特別)  

  32. Solar interior dynamics: Convection and Magnetic field 招待有り 国際会議

    Hideyuki Hotta

    APPC15  2022年8月25日 

     詳細を見る

    開催年月日: 2022年8月

    記述言語:英語   会議種別:口頭発表(招待・特別)  

  33. Generation of the solar magnetic field 招待有り 国際会議

    Hideyuki Hotta

    IAU GA 372: The Era of Multi-Messenger Solar Physics  2022年8月2日 

     詳細を見る

    開催年月日: 2022年8月

    記述言語:英語   会議種別:口頭発表(招待・特別)  

  34. 太陽ダイナモ・内部研究のまとめ--太陽極域ミッションを目指すにあたって-- 招待有り

    堀田英之

    太陽研連シンポジウム  2022年2月15日 

     詳細を見る

    開催年月日: 2022年2月

    記述言語:日本語   会議種別:口頭発表(招待・特別)  

  35. 太陽内部・ダイナモ計算の現状と今後 招待有り

    堀田英之

    「富岳で加速する素粒子・原子核・宇宙・惑星」シンポジウム  2022年1月17日 

     詳細を見る

    開催年月日: 2022年1月

    記述言語:日本語   会議種別:口頭発表(招待・特別)  

  36. 富岳を用いた太陽対流層高解像度計算 招待有り

    堀田英之

    数値流体シンポジウム  2021年12月15日 

     詳細を見る

    開催年月日: 2021年12月

    記述言語:日本語   会議種別:口頭発表(招待・特別)  

  37. Numerical simulation of solar convection zone and magnetic field, The 30th International Toki Conference 招待有り 国際会議

    Hideyuki Hotta

    The 30th International Toki Conference  2021年11月16日 

     詳細を見る

    開催年月日: 2021年11月

    記述言語:英語   会議種別:口頭発表(基調)  

  38. Solar/Stellar dynamo 招待有り

    堀田英之

    国立天文台の将来シンポジウム ~波長を超えて将来計画を考える~  2021年11月9日 

     詳細を見る

    開催年月日: 2021年11月

    記述言語:英語   会議種別:口頭発表(招待・特別)  

  39. High resolution simulation of solar convection zone in Fugaku 招待有り

    Hideyuki Hotta

    AAPPS-DPP2021  2021年9月30日 

     詳細を見る

    開催年月日: 2021年9月

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  40. 富岳における太陽内部計算 招待有り

    堀田英之

    HPC-Phys勉強会  2021年8月26日 

     詳細を見る

    開催年月日: 2021年8月

    記述言語:日本語  

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  41. Correct reproduction of solar differential rotation in high-resolution simulation with Fugaku 招待有り

    Hideyuki Hotta

    JpGU  2021年6月4日 

     詳細を見る

    開催年月日: 2021年6月

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  42. 富岳を用いた太陽内部・表面研究の最新成果と展望 招待有り

    堀田英之

    太陽地球圏環境予測のためのモデル研究の展望  2021年3月26日 

     詳細を見る

    開催年月日: 2021年3月

    記述言語:日本語   会議種別:口頭発表(招待・特別)  

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  43. 富岳で実現する太陽の超大規模数値シミュレーション 招待有り

    堀田英之

    日本天文学会2021春季年会  2021年3月17日 

     詳細を見る

    開催年月日: 2021年3月

    記述言語:日本語   会議種別:口頭発表(招待・特別)  

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  44. 太陽ダイナモ問題解決に向けて 招待有り

    堀田英之

    第50回 天文・天体物理若手夏の学校  2020年8月26日 

     詳細を見る

    開催年月日: 2020年8月

    記述言語:日本語   会議種別:口頭発表(招待・特別)  

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  45. Solar convection and dynamo action 招待有り

    Hideyuki Hotta

    Future Directions in Solar, Stellar and Planetary Physics  2020年2月23日 

     詳細を見る

    開催年月日: 2020年2月

    記述言語:英語   会議種別:口頭発表(招待・特別)  

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  46. 太陽内部熱対流と磁場の数値シミュレーション 招待有り

    堀田英之

    QUCS2019  2019年12月16日 

     詳細を見る

    開催年月日: 2019年12月

    記述言語:日本語   会議種別:口頭発表(招待・特別)  

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  47. Solar dynamo: achievements and perspective 招待有り

    Hideyuki Hotta

    Hinode-13/IPELS  2019年9月5日 

     詳細を見る

    開催年月日: 2019年9月

    記述言語:英語   会議種別:口頭発表(招待・特別)  

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  48. Solar and stellar dynamo 招待有り

    Hideyuki Hotta

    EASW9  2019年8月1日 

     詳細を見る

    開催年月日: 2019年8月

    記述言語:英語   会議種別:口頭発表(招待・特別)  

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  49. Solar deep convection zone to surface 招待有り

    Hideyuki Hotta, Haruhisa Iijima, Kanya Kusano

    Space Climate 7  2019年7月8日 

     詳細を見る

    開催年月日: 2019年7月

    記述言語:英語   会議種別:口頭発表(招待・特別)  

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  50. Solar and stellar convection and dynamo 招待有り

    Hideyuki Hotta, Matthias Rempel, Haruhisa Iijima, Kanya Kusano, Takaaki Yokoyama

    ITC27 & APPTC2018  2018年10月21日 

     詳細を見る

    開催年月日: 2018年10月

    記述言語:英語   会議種別:口頭発表(招待・特別)  

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  51. High Resolution Simulations of Solar Convection Zone and Dynamo 招待有り

    Hideyuki Hotta, Matthias Rempel, Haruhisa Iijima, Kanya Kusano, Takaaki Yokoyama

    AAPPS-DPP2018  2018年10月14日 

     詳細を見る

    開催年月日: 2018年10月

    記述言語:英語   会議種別:口頭発表(招待・特別)  

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  52. Calculation of solar convection zone with the reduced speed of sound technique 招待有り 国際会議

    堀田 英之

    General Assembly of International Astronomical Union  2018年8月23日 

     詳細を見る

    開催年月日: 2018年8月

    記述言語:英語   会議種別:口頭発表(招待・特別)  

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  53. Numerical simulation of solar global convection 招待有り

    堀田 英之

    Asteroseismology and its impact on other branches of astronomy  2018年3月19日 

     詳細を見る

    開催年月日: 2018年3月

    記述言語:英語   会議種別:口頭発表(招待・特別)  

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  54. 太陽内部熱対流と磁場生成のシミュレーション 招待有り

    堀田 英之

    2017年度第2回計算科学フォーラム  2018年2月26日 

     詳細を見る

    開催年月日: 2018年2月

    記述言語:日本語   会議種別:口頭発表(招待・特別)  

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  55. 太陽内部熱対流・ダイナモの最新理論 招待有り

    堀田 英之

    理論懇シンポジウム  2017年12月27日 

     詳細を見る

    開催年月日: 2017年12月

    記述言語:日本語   会議種別:口頭発表(招待・特別)  

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  56. 太陽磁気乱流シミュレーションの新展開 招待有り

    堀田 英之

    Plasma conference 2017  2017年11月21日 

     詳細を見る

    開催年月日: 2017年11月

    記述言語:日本語   会議種別:口頭発表(招待・特別)  

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  57. Recent development of solar dynamo model 招待有り 国際会議

    堀田 英之

    Asia Pacific Solar Physics Meeting  2017年11月8日 

     詳細を見る

    開催年月日: 2017年11月

    記述言語:英語   会議種別:口頭発表(招待・特別)  

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  58. 太陽対流層の乱流と大規模流れ 招待有り

    堀田 英之

    気象学会  2017年10月30日 

     詳細を見る

    開催年月日: 2017年10月

    記述言語:日本語   会議種別:口頭発表(招待・特別)  

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  59. High resolution calculations of solar dynamo 招待有り 国際会議

    堀田 英之

    MPPC meeting  2017年9月20日 

     詳細を見る

    開催年月日: 2017年9月

    記述言語:英語   会議種別:口頭発表(招待・特別)  

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  60. High-resolution calculation of solar dynamo 招待有り 国際会議

    堀田 英之

    Magnetic reconnection 2017  2017年3月22日 

     詳細を見る

    開催年月日: 2017年3月

    記述言語:英語   会議種別:口頭発表(招待・特別)  

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  61. Current understanding of solar dynamo 招待有り

    堀田 英之

    NEXT22  2017年3月10日 

     詳細を見る

    開催年月日: 2017年3月

    記述言語:英語   会議種別:口頭発表(招待・特別)  

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  62. Solar global convection and dynamo with reduced speed of sound technique 招待有り 国際会議

    堀田 英之

    7th AICS international symposium  2017年2月23日 

     詳細を見る

    開催年月日: 2017年2月

    記述言語:英語   会議種別:口頭発表(招待・特別)  

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  63. 太陽の大スケールダイナモにおける小スケールダイナモの役割 招待有り

    堀田 英之

    第6回 DTAシンポジウム「星形成を軸に俯瞰する磁場の役割とその観測的検証」  2016年11月25日 

     詳細を見る

    開催年月日: 2016年11月

    記述言語:日本語   会議種別:口頭発表(招待・特別)  

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  64. スーパーコンピューターを用いた太陽のシミュレーション 招待有り

    堀田 英之

    サイエンティフィック・システム研究会[SS研]  2016年10月27日 

     詳細を見る

    開催年月日: 2016年10月

    記述言語:日本語   会議種別:口頭発表(招待・特別)  

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  65. 太陽ダイナモにおけるスケール間結合 招待有り

    堀田 英之

    プラズマシミュレータシンポジウム2016  2016年9月7日 

     詳細を見る

    開催年月日: 2016年9月

    記述言語:日本語   会議種別:口頭発表(招待・特別)  

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  66. Small-scale dynamo in the solar interior 招待有り 国際会議

    堀田 英之

    Solar and Stellar Magnetic Fields: a conference in honor of Manfred Schüssler  2016年8月9日 

     詳細を見る

    開催年月日: 2016年8月

    記述言語:英語   会議種別:口頭発表(招待・特別)  

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  67. Large-scale MHD simulation of solar convection zone and dynamo 招待有り 国際会議

    堀田 英之

    6th East-Asia School and Workshop on Laboratory, Space, Astrophysical Plasmas  2016年7月12日 

     詳細を見る

    開催年月日: 2016年7月

    記述言語:英語   会議種別:口頭発表(招待・特別)  

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  68. Small- and large-scale dynamos in the solar convection zone 招待有り 国際会議

    堀田 英之

    ICPP2016  2016年6月27日 

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    開催年月日: 2016年6月

    記述言語:英語   会議種別:口頭発表(招待・特別)  

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  69. 太陽内部熱対流・ダイナモ研究の最近の話題と展望 招待有り

    堀田 英之

    日本天文学会2016春季年会  2016年3月14日 

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    開催年月日: 2016年3月

    記述言語:日本語   会議種別:口頭発表(招待・特別)  

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  70. Current understanding of solar global scale magnetic field and dynamo 招待有り 国際会議

    堀田 英之

    Superflare workshop  2016年3月3日 

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    開催年月日: 2016年3月

    記述言語:英語   会議種別:口頭発表(招待・特別)  

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  71. ひので観測はダイナモ問題解決に貢献するのか 招待有り

    堀田 英之

    太陽研連シンポジウム  2016年2月16日 

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    開催年月日: 2016年2月

    記述言語:日本語   会議種別:口頭発表(招待・特別)  

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  72. 太陽熱対流・ダイナモ活動のこれまでとこれから 招待有り

    堀田 英之

    地球型惑星圏環境に関する研究集会  2015年12月21日 

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    開催年月日: 2015年12月

    記述言語:日本語   会議種別:口頭発表(招待・特別)  

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  73. Simulating Solar Convection: State of the Art and Future 招待有り 国際会議

    H. Hotta, M. Rempel, T. Yokoyama

    Advances in Seismology: a Dialogue Across Disciplines  2015年12月9日 

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    開催年月日: 2015年12月

    記述言語:英語   会議種別:口頭発表(招待・特別)  

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  74. 太陽ダイナモから考えるグランドミニマム 招待有り

    堀田 英之

    極端宇宙天気現象研究会  2015年11月11日 

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    開催年月日: 2015年11月

    記述言語:日本語   会議種別:口頭発表(招待・特別)  

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  75. Current understanding and future path of the solar dynamo 招待有り 国際会議

    H. Hotta

    5th East-Asia School and Workshop on Laboratory, Space, and Astrophysical plasmas  2015年8月19日 

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    開催年月日: 2015年8月

    記述言語:英語   会議種別:口頭発表(招待・特別)  

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  76. Small- and Large-scale dynamo in the solar convection zone 招待有り 国際会議

    H. Hotta, M. Rempel, T. Yokoyama

    NASA LWS Workshop on Solar Dynamo Frontiers: Helioseismology, 3D Modeling, and Data Assimilation  2015年6月10日 

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    開催年月日: 2015年6月

    記述言語:英語   会議種別:口頭発表(招待・特別)  

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  77. High resolution calculation of solar global convection and dynamo 招待有り 国際会議

    H. Hotta, M. Rempel, T. Yokoyama

    Sunspot formation: theory, simulations and observations  2015年3月10日 

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    開催年月日: 2015年3月

    記述言語:英語   会議種別:口頭発表(招待・特別)  

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  78. High resolution calculation of solar convection zone using K-computer 招待有り 国際会議

    H. Hotta, M. Rempel, T. Yokoyama

    PLASMA2014  2014年11月20日 

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    開催年月日: 2014年11月

    記述言語:英語   会議種別:口頭発表(招待・特別)  

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  79. Solar differential rotation maintained by small- and large-scale convection 招待有り 国際会議

    H. Hotta, M. Rempel, T. Yokoyama

    ASTRONUM  2014年6月26日 

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    開催年月日: 2014年6月

    記述言語:英語   会議種別:口頭発表(招待・特別)  

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  80. Numerical simulations of multi-scale solar global convection 招待有り 国際会議

    H. Hotta, M. Rempel, T. Yokoyama

    AGU fall meeting  2013年12月14日 

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    開催年月日: 2013年12月

    記述言語:英語   会議種別:口頭発表(招待・特別)  

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  81. Current status of understanding about solar global convection 招待有り 国際会議

    H. Hotta

    The 7th Hinode science meeting  2013年11月12日 

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    開催年月日: 2013年11月

    記述言語:英語   会議種別:口頭発表(招待・特別)  

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  82. Connection between the mean-field solar dynamo model and the self-consistent global convection model 招待有り 国際会議

    H. Hotta, T. Yokoyama

    AOGS 10th annual meeting  2013年6月28日 

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    開催年月日: 2013年6月

    記述言語:英語   会議種別:口頭発表(招待・特別)  

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  83. 太陽ダイナモシミュレーション研究の現状と課題 招待有り

    堀田 英之

    第3回「太陽活動と気候変動の関係」に関する名古屋ワークショップ  2013年2月26日 

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    開催年月日: 2013年2月

    記述言語:日本語   会議種別:口頭発表(招待・特別)  

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  84. 太陽内部大規模流れ場・ダイナモ研究のこれまでと展望 招待有り

    堀田 英之

    太陽物理学と恒星物理学の相互交流と将来的展望  2011年12月27日 

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    開催年月日: 2011年12月

    記述言語:日本語   会議種別:口頭発表(招待・特別)  

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  85. Parity of solar global magnetic field determined by turbulent diffusivity in solar flux-transport dynamo 招待有り 国際会議

    H. Hotta, T. Yokoyama

    IUGG General Assembly 2011  2011年7月3日 

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    開催年月日: 2011年7月

    記述言語:英語   会議種別:口頭発表(招待・特別)  

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  86. 太陽ダイナモ理論 平均場モデル 招待有り

    堀田 英之

    太陽天体ダイナモ研究会  2010年9月27日 

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    開催年月日: 2010年9月

    記述言語:日本語   会議種別:口頭発表(招待・特別)  

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  87. 磁束輸送ダイナモと次期太陽活動極大期予想 招待有り

    堀田 英之

    太陽圏シンポジウム  2010年1月27日 

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    開催年月日: 2010年1月

    記述言語:日本語   会議種別:口頭発表(招待・特別)  

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  88. 黄道面脱出ミッション進捗報告 招待有り

    堀田英之

    太陽研連シンポジウム  2024年2月22日 

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  89. 恒星物理学の諸問題の現状と展望 招待有り

    堀田英之

    日本天文学会  2023年9月20日 

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  90. 恒星物理学の大問題とその解決に向けた取り組みについて 招待有り

    堀田英之

    Stellar Magnetic Activity WS 2024  2024年2月29日 

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  91. 富岳を用いた太陽対流層高解像度計算 招待有り

    堀田英之

    数値流体シンポジウム  2021年12月15日 

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  92. 太陽地球環境研究へのHPCの挑戦 招待有り

    堀田英之

    SGEPSS  2023年9月24日 

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  93. 太陽内部・ダイナモ計算の現状と今後 招待有り

    堀田英之

    「富岳で加速する素粒子・原子核・宇宙・惑星」シンポジウム  2022年1月17日 

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  94. 太陽ダイナモ・内部研究のまとめ--太陽極域ミッションを目指すにあたって-- 招待有り

    堀田英之

    太陽研連シンポジウム  2022年2月15日 

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  95. 大規模シミュレーションによる太陽地球環境変動予測 招待有り

    堀田英之

    太陽地球環境予測のためのモデル研究の展望  2023年12月19日 

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  96. Solar/Stellar dynamo 招待有り

    堀田英之

    2021年度 国立天文台の将来シンポジウム ~波長を超えて将来計画を考える~  2021年11月9日 

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  97. Solar Poloar Misssion for Solar Interior and Heliosphere 招待有り

    Hideyuki Hotta, Shin Toriumi, Yoshiki Hatta, Shinsuke Imada, Ryudo Tsukizaki, Yuki Takao, Kuniyoshi Tabata, Naoya Ozaki, Kazutaka Nishiyama, Daiki Yamasaki, Takashi Sekii

    COSPAR  2024年7月14日 

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  98. Solar interior dynamics: Convection and Magnetic field 招待有り

    Hideyuki Hotta

    APPC15  2022年8月25日 

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  99. Solar differential rotation reproduced with high resolution magnetohydrodynamic simulations 招待有り

    Hideyuki Hotta

    ICNSP2022  2022年9月1日 

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  100. Radiative Magnetohydrodynamic Simulations for Solar Surface Dynamics 招待有り

    Hideyuki Hotta

    AOGS 2024  2024年6月27日 

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  101. Numerical simulation of turbulence and magnetic field in the Sun 招待有り

    Hideyuki Hotta

    CCP2023  2023年8月8日 

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  102. Numerical simulation of solar convection zone and magnetic field 招待有り

    Hideyuki Hotta

    The 30th International Toki Conference  2021年11月16日 

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    会議種別:口頭発表(招待・特別)  

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  103. High-resolution simulations of solar convection zone 招待有り

    Hideyuki Hotta

    ChaICA V  2023年11月8日 

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  104. Generation of the solar magnetic field 招待有り

    Hideyuki Hotta

    IAU GA 372: The Era of Multi-Messenger Solar Physics  2022年8月2日 

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  105. Flow and magnetic field in the solar convection zone 招待有り

    Hideyuki Hotta

    ASTRONUM 2024  2024年7月3日 

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  106. Current and next-generation simulations in solar physics 招待有り

    Hideyuki Hotta

    The 5th ISEE Symposium  2022年11月16日 

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科研費 15

  1. 理学と工学の連携で解き明かす太陽内部探査のための最適な黄道面脱出軌道

    研究課題/研究課題番号:25K22031  2025年6月 - 2028年3月

    日本学術振興会  科学研究費助成事業  挑戦的研究(萌芽)

    堀田 英之, 八田 良樹, 高尾 勇輝

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    担当区分:研究代表者 

    配分額:6500000円 ( 直接経費:5000000円 、 間接経費:1500000円 )

    本研究は、太陽内部探査ミッションの実現に向けて、理学と工学が連携し、最適な観測方法と探査機軌道を明らかにすることを目的とする。地球軌道からは困難な対流層底部の流れ場観測を可能にするため、黄道面を脱出した高傾斜軌道での日震学的観測を検討する。観測ノイズの理学的評価と、イオンエンジンとスイングバイを併用した軌道設計を統合し、2030年代以降のミッションの科学的基盤を確立する。

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  2. 超高精度炭素14分析で探る大規模グランドミニマムの発生プロセス

    研究課題/研究課題番号:25H00673  2025年4月 - 2029年3月

    科学研究費助成事業  基盤研究(A)

    宮原 ひろ子, 門叶 冬樹, 堀内 一穂, 森谷 透, 櫻井 敬久, 堀田 英之

      詳細を見る

    担当区分:研究分担者 

    本研究では、数十年以上にわたり太陽活動が低下し黒点が消失するグランドミニマムの発生メカニズムを明らかにするとともに、グランドミニマムの規模を決定付ける要因を明らかにすることを目指している。そのため、樹木年輪に含まれる炭素14濃度を世界最高レベルの精度で分析し、太陽活動の11年周期の変遷を明らかにする。本研究では特に、百年以上にわたって黒点が消失した最大規模のグランドミニマムについて分析を進める。

  3. 大規模数値計算を用いた太陽11年周期の物理機構の解明

    研究課題/研究課題番号:23H01210  2023年4月 - 2028年3月

    科学研究費助成事業  基盤研究(B)

    堀田 英之

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    担当区分:研究代表者 

    配分額:19370000円 ( 直接経費:14900000円 、 間接経費:4470000円 )

    2023年度から2026年度までの研究期間では、富岳スーパーコンピューターを用いて太陽対流層、貫入層、太陽表面の詳細なモデリングを行い、太陽活動の根本原因を解明することを目指す。2023年度には太陽対流層の大規模計算、2024年度には貫入層の詳細なモデリング、2025年度には太陽表面のモデリングを行い、2026年度に全球計算を行う予定である。

  4. 大規模数値計算を用いた太陽11年周期の物理機構の解明

    研究課題/研究課題番号:23K25906  2023年4月 - 2028年3月

    日本学術振興会  科学研究費助成事業  基盤研究(B)

    堀田 英之

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    担当区分:研究代表者 

    配分額:19370000円 ( 直接経費:14900000円 、 間接経費:4470000円 )

    2024 年度には、2023 年度に実施した計算の一部分を初期条件としながら貫入層の詳細なモデリングを行う。
    2025 年度には、2023 年度の計算を初期条件として、太陽表面の詳細なモデリングを行う。
    2026 年度には、2024・2025 年度に得られたモデル化を取り入れた大規模全球計算を実施する。
    2023 年度と同等の規模で計算を実施するが 4000 万ステップほどを費やし、30年ほどの計算を実施する。
    2027 年度の前半には、2026 年度に開始した大規模計算が終わる予定である。2027 年度には、この計算の詳細な解析を行う。
    2023年度に富岳スーパーコンピュータを用いて実施した太陽対流層の全球的な数値シミュレーションについては、引き続き解析を進め、成果の一部を査読誌に投稿した。2024年度には、計画していた局所領域での解像度を高めた数値シミュレーションも実行し、386億格子点・3000万時間ステップという超大規模な計算を完了することができた。これにより、差動回転や子午面流といった大規模流れについては、空間解像度を変化させても統計的な性質が安定しており、数値解の収束性が確認された。一方で、磁場のエネルギースペクトルに関しては、依然として解像度に対して変化を示しており、さらなる解析が必要である。現在、これらの成果に基づく論文の投稿準備を進めている。
    2024年度は、計画に基づき局所領域における高解像度の数値シミュレーションを実行することが主な目標であったが、386億格子点・3000万時間ステップに及ぶ超大規模計算を安定して実行・完了することができた。大規模なリソースを必要とする計算であったが、計算条件やコードの整備を事前に十分に行っていたこともあり、予定通りの実施が可能となった。また、取得したデータに基づく解析も順調に進んでおり、差動回転や子午面流に関しては空間解像度の影響をほとんど受けないことが確認され、数値解の収束性に関して有意義な知見が得られている。一方で、磁場のスペクトルについては依然として解像度に対する依存性が残っており、今後の解析課題も明確になっている。これらの成果は現在論文化に向けて整理を進めており、計画に対して非常に良好な進捗を示していると判断している。
    2024年度に実施した局所領域における高解像度シミュレーションの結果については、引き続き詳細な解析を進め、得られた知見を論文として発表することを最優先の課題とする。特に、差動回転や子午面流の収束性が確認された一方で、磁場のスペクトルに関しては依然として解像度に依存した変化が見られており、この点についてはさらなる解析を通じてその物理的意味を明らかにする必要がある。また、次の段階として、対流層下部の貫入層を含む領域を取り入れた数値シミュレーションの実行を予定しており、現在その計算仕様の設計を進めている。これにより、差動回転の深部構造や磁場の形成過程に対する理解がさらに深化することが期待される。これら一連の研究を通じて、太陽の大規模運動の形成機構を統一的に説明する数値モデルの構築を目指す。

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  5. 恒星対流層から惑星間空間までを包括した太陽面爆発現象の理解と先進予測の実現

    研究課題/研究課題番号:21H04492  2021年4月 - 2026年3月

    日本学術振興会  文部科学省科学研究費助成事業基盤研究(A)  基盤研究(A)

    草野 完也, 横山 央明, 堀田 英之, 鳥海 森, 塩田 大幸, 横山 央明, 堀田 英之, 鳥海 森, 塩田 大幸

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    担当区分:研究分担者 

    太陽フレアやコロナ質量放出などの太陽面爆発現象は太陽対流層で生成された磁束が太陽表面で黒点を形成した後、不安定化する結果として発生し、惑星間空間に大きな影響を与える。しかし、対流層・太陽大気・惑星間空間を繋ぐ物理は未開拓であった。本研究では、この困難を我々が開発した太陽フレア物理予測スキームを軸に各領域の先進モデル群を連結することで克服し、太陽・太陽圏を包括した爆発現象の全体像を初めて明らかにする。これにより、①太陽面爆発の早期予測を実現すると共に、②フレアの規模と頻度のべき乗則の原因を解明し、③太陽フレアの最大限界を決定する物理を解明することで、宇宙環境変動の理解と予測を格段に発展させる。
    太陽内部(対流層)でのダイナモ過程で生成された磁束が太陽表面を貫いて黒点を形成した後、太陽大気中で不安定化する結果として発生する太陽面爆発現象を包括的に理解するため、太陽内部と太陽コロナ及び惑星間空間の結合モデルの開発を順調に進めている。特に、太陽表面を通してコロナへ注入される磁場のエネルギーとヘリシティと太陽内部の乱流との関係について数値シミュレーション用いて研究し、対流層中の乱流が中型フレアの発生に十分な自由エネルギーをコロナへ入射できることを初めて見出した。また、太陽表面の観測データに基づく電磁流体シミュレーションを行い、太陽フレアとプラズマ放出現象の再現に成功すると共に、プラズマ放出を予測するための新たな方法を開発した。これらの成果は太陽内部と外部の連結過程の理解のみならず、宇宙天気擾乱の原因となるコロナ質量放出(CME)の発生予測にも貢献する成果である。さらに、太陽内部の流れや大規模な子午面循環を数値シミュレーション、機械学習、観測の連携を通して探る研究を進めると共に、太陽表面運動とコロナ加熱及びフィラメント形成との関係を探るシミュレーション研究も行った。一方、2024年5月に発生した強い宇宙天気擾乱現象について、太陽から地球に至る様々な観測結果を総合的に報告する論文を世界に先駆けて出版した。全般として太陽内部とコロナ及び惑星間空間を含む総合的な研究を先導する研究成果を生み出し続けている。
    太陽面爆発現象は太陽表面を通してコロナへ入射された磁気エネルギーが不安定化して、爆発的にエネルギーを開放する現象である。対流層とコロナの結合過程を中心として、そのメカニズムを解明するための多面的な研究を着実に進めた。まず、対流層内部の子午面循環の構造を数値シミュレーションの結果に基づいて太陽表面の観測から特定する方法を開発し、それを用いて内部流れ構造についての知見を与えた(Hatta et al. 2024)。また、数値シミュレーションの計算結果から対流層内部の流れを機械学習を用いて推定する方法を開発した(Masaki and Hotta 2024)。太陽内部からコロナへの磁気ヘリシティ入射に関しては、数値シミュレーションによって対流層内部の乱流効果が中型フレアを発生させるエネルギーをコロナに入射することを見出した(Toriumi et al. 2024)。また、太陽表面磁場の観測データを境界条件として利用するデータ駆動型電磁流体シミュレーションを開発し、フレアとプラズマ放出の発生を再現することに成功した(Kang et al. 2024)。プロミネンス形成機構(Yoshihisa et al. 2024)、磁力線の巻き上げ(磁気トルネイド)によるコロナ加熱効果(Kuniyoshi et al. 2024)についてもシミュレーション研究を進めた。さらに、2024年5月に発生した激しい宇宙天気現象について太陽から地球に至る包括的な観測結果の報告論文を出版した(Hayakawa et al. 2024)。2025年3月に国際研究集会ISEE Symposium “Frontier of Space-Earth Environmental Research as Predictive Science”を開催し、予測研究に関連した本研究の成果について議論を行った。
    これまでに進めた太陽対流層から太陽表面、太陽コロナ、惑星間空間へ至る磁場とエネルギーの輸送過程に関するシミュレーション研究を総括し、対流層から惑星間空間を包括した太陽面爆発現象の総合的な理解を得るための研究を進める。そのため、第一に差動回転・子午面流が存在する状況での対流層の底部から太陽表面までの磁束浮上の詳細をシミュレーションで解明すると共に、それに伴うコロナへのエネルギー入射のメカニズムを明らかにする。第二に、太陽表面磁場の構造から様々なフレアが発生する条件をデータ解析とシミュレーションの相互比較により特定し、その結果をもとにフレア発生予測スキーム(κスキーム)を改良することで、フレア予測精度を格段に高める。第三に、内部太陽圏モデル(SUSANOO)の内部境界を太陽表面に拡張することで、コロナ質量放出のダイナミクスを内部コロナから惑星間空間まで連続して追跡する。その結果をもとにCME前面の衝撃波で加速された高エネルギー粒子の輸送をモデル化し、太陽高エネルギー粒子(SEP)事象の発生条件を見出す。それらを衛星観測と比較することでSEP事象予測に貢献する。最終的にこれらの知見を総合することで、宇宙天気予測能力を高めると共に太陽と共に様々な恒星の爆発現象の理解に資する知見を与える。

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  6. 炭素14の超高精度分析による太陽ダイナモ研究の新展開

    研究課題/研究課題番号:21H04497  2021年4月 - 2025年3月

    科学研究費助成事業  基盤研究(A)

    宮原 ひろ子, 堀内 一穂, 堀田 英之, 森谷 透, 櫻井 敬久, 門叶 冬樹

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    担当区分:研究分担者 

    太陽活動には、数百~数千年スケールの長期変動があり、数百年に1度、活動が数十年にわたって極端に弱くなるような現象が発生することが知られており、太陽活動極小期と呼ばれている。過去には、百年以上にわたって太陽活動の低下が継続した事象もあった。本研究では、樹木年輪等に含まれる宇宙線生成核種を高精度かつ高時間分解能で分析することにより、太陽活動の11年周期の変遷を精密に復元し、大規模な太陽活動極小期がどのようなプロセスによってもたらされるのかを明らかにすることを目指す。
    本研究では、太陽黒点が数十年にわたり消失するグランドミニマムの発生プロセスに関して手がかりを得るため、開始前後の年代について、太陽対流層の子午面循環の状態を反映する11年周期の周期長を復元した。過去の11年周期は、樹木年輪に含まれる炭素14の濃度の分析から復元可能であるが、炭素14の変動は炭素循環により大幅に減衰するため、高精度での分析が必要である。本研究では、世界最高レベルの精度での分析を行い、11年周期の復元を行った。その結果、過去千年間に発生した3つのグランドミニマムに共通して、発生直前に周期長の延びが発生し、すなわち子午面循環の速度低下が発生していた可能性があることが示唆された。
    太陽活動には約11年の周期的変動に加え、数十~数千年スケールの長期変動も見られ、極端な事例として、太陽活動が数十年以上にわたり著しく低下する時代が発生することが知られており、「グランドミニマム」と呼ばれている。グランドミニマムは、地球の気温や降水量などにも影響を及ぼすことが知られており、その発生メカニズムの解明と予測の実現が望まれている。本研究では、提唱されているいくつかの説のうち、太陽内部の大規模な循環の変化が活動の変動に果たす役割を明らかにし、太陽ダイナモについての理解を深めることを目指している。

  7. 恒星コロナ進化の理論的研究

    研究課題/研究課題番号:21H01124  2021年4月 - 2024年3月

    科学研究費助成事業  基盤研究(B)

    横山 央明, 堀田 英之, 草野 完也, 飯島 陽久, 金子 岳史

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    担当区分:研究分担者 

    この10年程で小質量星に関する観測的理解が進展し、まだ理論的には説明することのできない年齢・自転周期・X線活動度の関係が明らかになってきた。本課題では、太陽質量以下の小質量恒星の、スペクトル型・年齢に対応した特徴量が与えられたとき、その磁気コロナ(磁場形成・X線紫外線放射・爆発現象)が、いかなる進化をたどり、背景にある物理が何なのか、を数値シミュレーションにより理論的に明らかにする。
    恒星全球ダイナモ計算について、回転影響下での太陽内部磁気熱対流の大規模高解像度計算を実行し、これまで誰も成しえなかった太陽差動回転を再現することに成功した(堀田・草野)。太陽表層から30太陽半径までについて、コロナ加熱・太陽風加速を物理整合的に解く大規模計算を世界で初めて実施した(飯島・堀田ら)。高解像度計算を行い、磁気トルネード構造形成で太陽大気中での磁気エネルギー輸送が数割増しとなることを示し星コロナループ加熱に成功した(国吉・横山・飯島ら)。黒点形成の大規模パラメータサーベイを実施し、太陽内部下降流と表面磁気エネルギー蓄積の関連を明らかにした(金子・堀田・鳥海・草野ら)。
    本研究成果の学術的意義は、星コロナの磁気ループ描像を、物理的整合性がある第一原理計算に基づく統合モデルとして発展させたことにある。星の差動回転、星コロナ形成について、ad hocな仮定を最小にとどめた大規模数値計算を実行することで、小質量星とその惑星環境のX線紫外線環境について理論的にロバストなモデルを構築し、恒星進化と惑星系進化の理解に貢献したといえる。

  8. 大規模シミュレーションを用いた太陽の「熱対流の難問」への挑戦

    2020年4月 - 2024年3月

    日本学術振興会  文部科学省科学研究費助成事業若手研究 

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    担当区分:研究代表者 

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  9. 宇宙の構造形成と進化から惑星表層環境変動までの統一的描像の構築

    2020年4月 - 2023年3月

    文部科学省  「富岳」成果創出加速プログラム 

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    担当区分:研究分担者 

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  10. 世界最高解像度の計算で迫る太陽活動11年周期の物理機構

    研究課題/研究課題番号:18H04436  2018年4月 - 2020年3月

    日本学術振興会  新学術領域研究(研究領域提案型)  新学術領域研究(研究領域提案型)

    堀田 英之

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    担当区分:研究代表者  資金種別:競争的資金

    配分額:3900000円 ( 直接経費:3000000円 、 間接経費:900000円 )

    太陽の三次元全球ダイナモ計算を用いて、マウンダー極小期に入るメカニズムの調査を行った。太陽活動は11年の周期を持って変動しているが、1600年代に80年ほど黒点が全く観測されなかったマウンダー極小期があったことが確認されている。現在のダイナモ理論では、ある周期ごとの黒点数の変動は、ランダムに決まる黒点の傾きにより決定されると考えられている。どのような擾乱がある時に、マウンダー極小期のような活動度の低い状況に落ちいるかを自己無撞着な三次元磁気流体計算いよって調査した。
    そこで今年度に試したのは、いくつかのパラメータをふり、太陽で実現されているような太陽内部の大規模磁場を実現した上で、大規模磁場に擾乱を与え、どのような擾乱を与えると、大規模磁場により長く影響が出るかを調査した。
    今回試したのは、ある時点で, (1) トロイダル磁場をゼロにする場合。(2) トロイダル磁場を反転させる場合。 (3) ポロイダル磁場をゼロにする場合の3パターンを試した。それぞれ(1) 数十日, (2) 1年. (3) 2年ほどで磁場が元のレベルまで復活した。トロイダル磁場に擾乱を与えた場合は、差動回転によるダイナモ効果が強いために、基本的に大きな擾乱とならず。比較的短い時間スケールで元の状態に戻った。一方、ポロイダル磁場に擾乱を与えた場合は、小スケール乱流によりダイナモが実行される必要があるためにより、復活までにより長い時間がかかったと考えられる。

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  11. 太陽対流層全体を一貫して取り扱った数値計算への挑戦

    2016年4月 - 2019年3月

    日本学術振興会  文部科学省科学研究費助成事業若手研究(B) 

    堀田 英之

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    担当区分:研究代表者  資金種別:競争的資金

    配分額:4160000円 ( 直接経費:3200000円 、 間接経費:960000円 )

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  12. 太陽対流層大規模数値計算を用いた平均場パラメタ推定の精密化

    研究課題/研究課題番号:16H01169  2016年4月 - 2018年3月

    日本学術振興会  新学術領域研究(研究領域提案型)  新学術領域研究(研究領域提案型)

    堀田 英之

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    担当区分:研究代表者  資金種別:競争的資金

    配分額:3640000円 ( 直接経費:2800000円 、 間接経費:840000円 )

    太陽の対流層を占めている乱流について、準直接計算から平均的な角運動量効果を取り出す方法を提案し、磁場のある場合ない場合について、角運動量輸送効果の違いを見積もった。
    乱流から平均場効果を取り出そうとするとき、平均場の勾配によらない部分(ラムダ効果)、勾配に夜部分(乱流粘性)があるために、その場での乱流状態を解析したとしても、その二つを分離することはできない。太陽内部の大規模な流れの予想を行うためには、ラムダ効果・乱流粘性を別個に見積もることが必須であるために、その推定が本研究の目的である。
    本研究の当初計画では、磁場生成の平均的な効果を見積もるためにテスト場法を用いて角運動量輸送効果についても見積もる予定であったが、研究を進めるうちに、速度場に対してはテスト場法は有効でないということがわかった。テスト場法では、新たな平均場を挿入し、そこから得られた新しい擾乱磁場と、もともとある擾乱速度場の相関をもとめることで平均的効果を測定する。しかし、新しい速度場を挿入し、そこから擾乱速度場を求めると、もともとある速度場とは一致しないために角運動量輸送への平均効果を見積もることが難しくなってしまうのだ。そこで、平均場の時間発展を追うことでラムダ効果と乱流粘性を切り分ける方法を新規に提案し、その方法を実行した。初年度は、磁場のない場合、さらに低解像度の計算について上記の手法を実行し、ラムダ効果と乱流粘性を見積もった。
    2年目には、高解像度の磁場生成乱流計算を実行し、磁場のあるとき、ないときについて、ラムダ効果・乱流粘性の変化を調査した。すると、磁場のない時には高緯度では極向きに運ばれていた角運動量が、磁場のあるときにはほぼ全領域で赤道方向に運ばれることがわかった。これは、磁場生成に対する正のフィードバックであり、磁場生成に関する重要な発見となった。

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  13. 太陽全球殻対流数値計算を用いた黒点形成の物理機構の解明と日震学手法の確立

    2014年4月 - 2015年8月

    日本学術振興会  海外特別研究員 

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  14. 太陽磁場生成機構とそのダイナミクスの解明

    研究課題/研究課題番号:23340042  2011年4月 - 2015年3月

    日本学術振興会  科学研究費助成事業  基盤研究(B)

    横山 央明, 鳥海 森, 堀田 英之, 飯島 陽久, 金子 岳史, 王 爍洋, 松井 悠起, 北川 直優

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    太陽の対流層内部の磁気熱対流と差動自転について、独自開発したシミュレーション=コードで、星全球計算を実施した。音速抑制法と、理研「京」をもちいた、世界最高解像度計算により、対流層中層付近での乱流構造が表面からの影響をうけて、小スケールが卓越していること、この流れにともなって強い磁場が増幅されており、いわゆる局所的ダイナモ機構がはたらいていること、がわかった。さらに、太陽差動自転の「表面勾配層」の実現に成功し、乱流と子午面循環流とによる角運動量輸送の拮抗できまることを明らかにした。そして、乱流によって生じる磁場が、乱流そのものに揺り返しを与え、結果として熱輸送に大きく影響することがわかった。

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  15. 磁気流体シミュレーションを用いた太陽ダイナモの物理機構の解明

    研究課題/研究課題番号:11J04531  2011年 - 2013年

    日本学術振興会  特別研究員奨励費  特別研究員奨励費

    堀田 英之

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    担当区分:研究代表者  資金種別:競争的資金

    配分額:1900000円 ( 直接経費:1900000円 )

    平成24年度(採用1年目)に、自身で開発した「音速抑制法」を用いて非常に高解像度で現実の太陽に忠実な熱対流をシミュレートした。太陽内部角速度の未解決の問題として、「表面勾配層」があった。日震学の成果により、太陽の表面直下に回転角速度の大きい層があるということが明らかになっておりこの層のことを表面勾配層と呼んでいる。この層の物理機構は、我々の研究の前までは明らかになっていなかった。観測困難な太陽内部の現象なので、その解決は数値計算に頼らざるを得ないが、表面勾配層の数値計算による再現は困難と考えられていた。表面勾配層は、太陽の中で回転の影響をあまり受けない小空間スケール・短時間スケールの乱流が維持しているだろうとこれまでに予測されていた。しかし、太陽の中で小スケールの乱流を分解するには多量の解像度を必要とするので、コストの高い計算となるのである。私の開発した「音速抑制法」では、並列計算機を効率よく使えるためにこれまでに比べ飛躍的に解像度をあげる事が可能になった。この方法を用いて高解像度の太陽対流層計算をおこない世界で初めて、表面勾配層を数値計算によって再現した。また、詳細な解析によってその維持機構を明らかにした。その結果は以下のようであった。回転の影響を受けた乱流が角運動量を運び差動回転を作る。そのことによる平均的なコリオリ力が子午面還流を誘起する。この子午面還流の動径方向の勾配により乱流の性質が変化する。性質の変化した乱流によって運ばれた運動量が表面勾配層の力のバランスに働いているというものである。この成果については、The Astrophysical Journalに投稿した。

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担当経験のある科目 (本学) 2

  1. 宇宙物理学Ⅲ

    2023

  2. 物理学特論I

    2023

担当経験のある科目 (本学以外) 1

  1. 宇宙物理学特別講義2

    2023年10月 京都大学)

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    科目区分:大学院専門科目 

 

社会貢献活動 1

  1. 太陽が極大期に突入!最新研究が暴く最大の謎!?

    役割:出演

    NHK  サイエンスゼロ  2024年11月