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"「最近の太陽活動の異変と地球環境」 JAXA相模原キャンパス特別公開2015，宇宙科学セミナー，平成27年7月25日 "
- 1. 最近の太陽活動の異変 と地球環境 ひので X-ray sun in 2007 JAXA宇宙科学研究所 常田 佐久 平成２７年７月２５日 1
- 8. 太陽の黒点は強い磁石 8
- 12. 12
- 13. 13
- 14. 14
- 15. 15
- 16. 16
- 18. 可視光でみる太陽の変化 18 極大期付近： ２００１年９月２５日 極小期付近： ２００９年１月１日 国立天文台・三鷹・黒点観測望遠鏡により撮影
- 24. 太陽極域平均磁場 (ガウス) 極域磁場と黒点数の関係 24 太陽黒点数 1.0 0.0 -1.0 北極 南極 現在は太陽活動が 極大を過ぎたところ Wilcox 太陽天文台 ベルギー王立天文台 西暦 西暦 太陽活動が極大になる時期に、 南北両極磁場の極性が反転
- 33. 太陽活動が活発化 ⇒ 太陽風の強度が増加，太陽風磁場の乱れが増加 ⇒ 太陽圏の磁場が、より多くの宇宙線を遮蔽 ⇒ 地球に飛んでくる宇宙線（陽子）量が減少 地球 太陽圏（磁場） 宇宙放射線 （宇宙線） 宇宙には超新星残骸で 加速された高エネルギー の宇宙線がとびかっている 太陽圏（太陽の磁場とプラズマの 広がり）が宇宙放射線を遮蔽 34
- 34. -25 -20 -15 -10 -5 0 5 10 15 20 1960 1970 1980 1990 2000 2010 約5% オウル大学の中性子モニターによる過去45年間の宇宙線量の変化 http://cosmicrays.oulu.fi/ 過去45年間の観測史上最多 の宇宙放射線量 351987年：前回の負極性時の極小
- 35. 36 太陽活動の復元方法 （炭素14を指標とする手法） 太陽活動が活発化 ⇒ 太陽（圏）の磁場が宇宙線をバリア ⇒ 地球に飛んでくる宇宙線（陽子）量が減少 ⇒ 宇宙線（陽子）が作る炭素14の量が減少 ⇒ 樹木年輪に取り込まれる炭素14の濃度が減少 二酸化炭素として循環（ 14CO2 ） ● 陽子 ○ 中性子 （陽子） 大気分子 地球 光合成により年輪に取り込まれる 太陽圏（磁場） 宇宙線 窒素原子核 炭素14 中性子 高エネルギー宇宙線 (a) 太陽圏（太陽の磁場が広がる空間）が 宇宙を飛びかう高エネルギー粒子をさえぎる (b) 宇宙線によって炭素14が生成される 6個の陽子と8個の 中性子。炭素12は 6個の陽子と6個の 中性子 n + 14N → 14C + 1H 半減期：炭素14：5370年、ベリリウム10:136万年
- 36. (Decadal) MaunderSpoerer Wolf Dalton Oort ~9 年 11~13 年 10~11 年 9~11 年 13~14 年 ~14年 ~13 年 D14C(permil) ~11 年 Blue dots: Miyahara et al., 2004, 2006, 2007, 2008 Red dots: Damon, 2003 Black curve (decadal): Stuiver et al., 1998 炭素１４の量 年 -30 -10 10 30 800 1100 1400 1700 2000 Year AD西暦年太陽活動が活発 太陽活動が不活発 過去2千年のデータから太陽活動が 低いと周期が13－14年に伸びる 37
- 39. 北半球平均気温：ダルトン極小期：－0.5℃, マウンダー極小期：－0.6℃ 日本（京都）冬気温： 〃 ：－2.5℃, 〃 ：－2.5℃ 40 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000 0 2 4 6 8 10 12 冬気温（℃） (Aono et al., 2007) シュペーラー マウンダー ダルトン Year AD ※サクラ開花日の記録による
- 40. 黒点数と地球の寒かった時期 41 -4000 -3000 -2000 -1000 0 1000 2000 0 20 40 60 Sunspotnumber Years -BC/AD 過去6500年で、黒点数の極端に小さい15回のうち、 １２回がヨーロッパで気温が低かった時期に一致し ている。 黒点数 西暦 Courtesy of Ilya G. Usoskin
- 41. 「太陽は地球環境に影響を与えてい る」のは事実でコンセンサスがある • 原因１：太陽の明るさ（太陽定数）が黒点数の増減と ともに変動しており、黒点が多い時期は太陽が少し 明るくなる。このため、黒点の極端に少ない時期に 地球が寒冷化するという説。 • 原因２：太陽からの紫外線の変動は非常に大きく、 黒点の多い時期は紫外線が強い。太陽からの紫外 線が地球の上層大気の電離と加熱を引き起こして いることが知られており、何らかの原因で、このこと が地球の気温に影響を与えている可能性。 • 原因３：地球に降り注ぐ宇宙線の量が変化しており 、雲の量が宇宙線により影響を受けているという可 能性。 42
- 42. 1000 1200 1400 1600 1800 2000 -0.4 -0.2 0 0.2 0.4 太陽活動 活動極小期 中世活発期 小氷期 中世温暖期 気温偏差 太陽活動と気温 43
- 43. 1000 1200 1400 1600 1800 2000 -0.4 -0.2 0 0.2 0.4 太陽活動 活動極小期 中世活発期 小氷期 中世温暖期 気温偏差 Esper 2003 Jansen 2007 地球温暖化 地球温暖化の行方 44 ？ ？
- 44. From NASA D. Hatraway http://solarscience.msfc.nasa.gov/predict.shtml 2015年1月現在 45 2030 Cycle 25：極大 2026-27 黒点数～25? 太陽黒点数の予測 Cycle 24： 1906年2月 の黒点数６４以来の 最低値
- 46. 観測史上最大のフレア Carringtonフレア(1859, Sep 1, am 11:18 ） • Richard Carrington に より1859年に観測 • 大変明るいオーロラが、 キューバ、バハマ、ジャ ヤマイカ、エルサルバド ル、ハワイに現れた。 • 観測史上最大の磁気嵐 (> 1000 nT) • 欧州と北米の電信システムが障害 • 電信紙がスパークで発火 （Loomis 1861） • 2012年７月23日にステレオ衛星で観測されたフレアは、スーパー Carringtonフレアであったと言われているが、太陽の裏側で発生 したので影響はなかった。 • もし地球を直撃したら、その被害額は２兆円と推定された。 （柴田・磯部による） 47
- 49. ひさき 2013年９月１４日イプシロン試験機で打上 極短紫外線で惑星大気と太陽活動の関係を探る (金星, 火星, 木星, 水星, 土星) ？ 居住可能 な火星 居住不可能 な火星 50
- 50. 隣り合っている彼らは、 どこで道を違えたのか 金星 460 ℃ 地球 20 ℃ 火星 −60 ℃ ？ ？ ？ 原始惑星系星 雲 ？ ？ 惑星の気候変動を知るには、大気が宇宙空間と どうつながって進化してきたかが重要 灼熱惑星 生命の星 凍結惑星 －50℃ －18℃ －57℃ 51
- 51. 地球には磁場があるので 52
- 52. もし地球に磁場がなかったら 53
- 53. なぜ第2の地球を探す？ 系外惑星発見前夜 太陽系は標準でない？ すばるにおける惑星探し ハビタブル惑星とは？ 宇宙における生命 講演内容 （予定） 太陽系を超えた宇宙・銀河系には 数多くの恒星がある。ならば、 太陽系外惑星に惑星と生命を探そう 他の星に惑星はあるか？ 他の星に地球はあるか？ 他の星の惑星に生命はいるか？ • 1つの銀河に1000億の星 • 宇宙に1000億の銀河 • 合計10000000000000000000000000 54
- 55. 恒星が惑星を持つ割合 (P<85日) Small 17% 21% 20% 2% 2% Total=62% 少 な く と も 一 個 の 惑 星 を 持 つ 恒 星 の 割 合 （ ％ ） 惑星のサイズ（地球を１としたとき） 地球 ｽｰﾊﾟｰｱｰｽ 小海王星 大海王星 木星 56
- 57. ケプラー衛星の観測した星の明るさの 変化とスーパーフレアの発生 星に超巨大な黒点があり スーパーフレアを起こしている Maehara et al. (2012) 発生エネルギー ~ 10^36 erg （太陽フレアの １万倍） 58
- 58. スーパーフレア ナノフレア microflare 齒歉ぷ黏禮マヵカ ナノフレア～フレア～スーパーフレア １０の２４乗（最小のフレア？）～１０の３２乗（最大のフレア） ？ 最も大きな太陽フレア Shibata et al. 2013 （柴田・磯部による） 59 フレアのエネルギー フレアの発生頻度
- 59. スーパーフレア nanoflare microflare 最大の太陽フレアより1000 倍強力 なスーパーフレアが５０００千年に 一度発生する（我々の太陽で！） Shibata et al. 2013 ナノフレア～フレア～スーパーフレア １０の２４乗（最小のフレア？）～１０の３２乗（最大のフレア） （柴田・磯部による） 60 齒歉ぷ黏禮マヵカ 最も大きな太陽フレア フレアのエネルギー フレアの発生頻度 1000 in 1 year 100 in 1 year 10 in 1 year 1 in 1 year 1 in 10 year 1 in 100 year 1 in 1000 year 1 in 10000 year
- 60. 総エネルギー10の35乗エルグのスーパーフレアが 発生したら、ハビタブルゾーンにいる惑星（とそこにい るかも知れない生命と文明）に何が起きるか？ • 高層大気でのNoxの生成と オゾンの減少 • 地上の放射線レベル ~40mSv（致命傷ではない） • 宇宙飛行士および飛行機の 乗員は致死レベル(> 4000 mSv)の放射線を受ける • ほとんどすべての人工衛星 の障害 • 全地球規模での通信障害と ブラックアウトの発生 Segura et al. 2010 （柴田・磯部による） 61
- 61. 最近の太陽活動についてのまとめ • 前回のサイクルから黒点数は低下し、高緯度磁場 も弱くなっている。太陽周期が10.6年から12.6年に 2年伸びている。また、「ひので」の観測から太陽の 極域の基本的対称性が崩れている。 • これらの現象はマウンダー極小期への移行期と共 通性があり、またここ100年間にはなかった現象で ある。太陽活動の低下は、移行期がおよそ20年程 度で、もしマウンダー極小期が発生するとすると、 2030年頃開始となる。 • 今後10年程度の観測で、太陽がマウンダー極小期 に突入するか分かるだろう。太陽活動や太陽フレア の発生は、確信を持って予測できる段階にはなく、 人工衛星等による観測の長期的継続が重要。 62
- 62. 63