南極の夜空の明るさ
海城高等学校2年

廣木 颯太朗研究の経緯以前より新宿での夜空の明るさを研究。
夜空の明るさ:
余分な人工光が散乱し、夜空が明るくなる現象。
夜空の明るさの仕組み(本校より撮影した夜の新宿の様子)

人工光の少ない地域と比較したい!!
国立極地研究所主催のコンテストに応募

南極での夜空の明るさ観測が決定

観測の概要SQM(Sky Quality Meter)
新宿と昭和基地の位置関係

観測風景

新宿
北緯35度,42分,18秒
東経139度,42分,8秒

南極・昭和基地
南緯69度,00分,22秒
東経39度,35分,24秒

夜空の明るさを等級で表示

数字が大きいほど暗い!!

場所：南極・昭和基地
期間：2014/3~12
データ間隔：5分(※)画像はNASA EARTH OBSERVATORY(http://earthobservatory.nasa.gov/Features/NightLights/page3.php)

より引用

1.日本各地との比較
暗 22 夜空の明るさ(Mag/□”)
212019181716新宿

水戸

横浜

津

八戸

昭和基地

明 2013/1/10(八戸),2013/1/12(新宿,水戸,横浜,津),2014/8/24(昭和基地)の0時の夜空の明るさ※水戸、横浜、津、八戸は全国一斉夜空の明るさ調査の参加校の提供

1
昭和基地は日本よりも暗い (新宿の約 50の明るさ)←人工光の量が原因?

1.一晩の夜空の明るさの比較
25 夜空の明るさ(Mag/□”)

昭和基地

新宿

20

15105

日没

※昭和基地は極夜(太陽は常に地平線下)

日の出

012:40 14:40 16:40 18:40 20:40 22:40 0:40 2:40 4:40 6:40 8:40 10:40
時刻
2014/6/26(昭和基地)と2013/12/13(新宿)の一晩の夜空の明るさ変化

新宿：明け方にかけて暗くなる
昭和基地：夜空の明るさが一定

考察
南極の夜空の明るさの要因

2014/5下旬の５日分の夜空の明るさデータ①大気中の浮遊物質(エアロゾル) → 影響しない②月の明るさ → 影響する
③オーロラの明るさ → 影響する

２．オーロラの明るさの影響
22 夜空の明るさ
21.5(Mag/□")

21‘14/6/27 オーロラなし

20.5
20
19.5
19

6月26日
6/26-27
6月27日
6/27-28
6月28日
6/28-2918.5‘14/6/28 オーロラあり(弱)18
15:00 17:00 19:00 21:00 23:00 1:00 3:00 5:00 7:00 9:00
時刻
2014/6/26-27,27-28,28-29 の夜空の明るさ変化(昭和基地)‘14/6/29 オーロラあり(強)オーロラが発生すると、急激に夜空が明るくなる

約7倍明るくなる(※)オーロラ画像はData Center for Aurora in NIPR(http://polaris.nipr.ac.jp/~aurora/)より引用

２．オーロラの形状による違い
オーロラの形状
はっきりしたオーロラ

ぼんやりしたオーロラ(ディスクリートオーロラ)
カーテン状、アーク状など(ディフューズオーロラ)
空全体に広がる。

(※)オーロラ画像はData Center for Aurora in NIPR(http://polaris.nipr.ac.jp/~aurora/)より引用

22 夜空の明るさ

22 夜空の明るさ(Mag/□")(Mag/□")

21212020

19

19

18
20:10

18

21:10

22:10

23:10

0:10

2:30

3:30

4:30

5:30

6:30

2014/8/19(左)と2014/7/25(右)のオーロラ発生時4時間の夜空の明るさの変化“はっきり”は急激に変化“ぼんやり”は徐々に変化

月とオーロラの明るさの比較
夜空が一番暗い時に比べて…

満月に近い時：最大15.20倍(※)
オーロラが発生した時：最大18.60倍(※)
明るくなる(※)基準を新月かつオーロラなし(6/26)とした時の満月の2日後(7/14)とオーロラ爆発が発生した日(8/19)の明るさを倍率で表記

オーロラは月と同程度
夜空の明るさに影響するまとめ
１.日本との比較
・日本各地より昭和基地の夜空は暗い
・明るさが一定(経時変化がない)
2.オーロラの影響
・オーロラが発生すると夜空が明るくなる・オーロラの規模・形状により夜空の明るさは変化する
・月と同程度の明るさである

本研究の成果南極の夜空の明るさやオーロラの明るさを定量化できた謝辞
本研究は公益財団法人日本科学協会のサイエンスメンター制度 及びJST(科学技術振興機構)の「中高生の科学部活動振興プログラム」のご支援を頂きました。
本研究を進めるにあたり、以下の方々に御協力を賜りました。
御礼申し上げます。
渡部潤一先生(国立天文台副台長)
日本科学協会の皆様
牛尾収輝先生(国立極地研究所第55次 南極地域観測隊(第55次越冬隊長))
宮道光平氏(名古屋大学大学院理学研究科,第55次南極地域観測隊 研究観測員)
全国一斉夜空の明るさ調査の参加校の皆様
上村剛史先生(海城地学部顧問)
山田直樹先生(海城地学部顧問)
分析に協力してくださった海城中高地学部員に感謝申し上げます。

参考文献[1] 環境省：光害対策ガイドライン～良好な照明環境のために～[2] Kudo,R.A.Uchiyama,A.Yamazaki,and E.Kobayashi:Seasonal characteristics ofaerosol radiative effect estimated from ground-based solar radiation measurements
in Tsukuba,Japan,2010a[3] Kevin Krisciunas , Bradley E. Schaefer:A MODEL OF THE BRIGHTNESS OF
MOONLIGHT,1991[4] 気象庁 過去の気象データ検索 http://www.data.jma.go.jp/obd/stats/etrn/[5] Data Center for Aurora in NIPR,http://polaris.nipr.ac.jp/~aurora/[6] 南極におけるオーロラ研究
http://polaris.nipr.ac.jp/~aurora/aboutAurora/aboutAurora_frame.html[7] Syowa all-sky camera,http://polaris.nipr.ac.jp/~acaurora/aurora/Syowa/[8] NASA EARTH OBSERVATORY
http://earthobservatory.nasa.gov/Features/NightLights/page3.php[9] 南極サイエンス基地
http://polaris.nipr.ac.jp/~academy/science/aurora/[10] 株式会社AstroArts 天文シュミレーションソフトウェア『ステラナビゲータ Ver.9』[11] ソフトウェア『Mitaka』[12] 「全国一斉夜空の明るさ調査」参加校の夜空の明るさデータ

ご清聴ありがとうございました。

～補足資料～

光害とは

光害
良好な照明環境の形成が、漏れ光によって阻害されている状況またはそれによる悪影響(例：夜空が明るくなる、健康に影響を与えるなど)

夜空の明るさ
漏れ光の中の上向きの光(上方光束)が、大気中の物質に反射して空が明るくなること。光害の一部。

～補足資料～

新宿の夜空の明るさの仕組み

強い正の相関(他の時間帯でもRは0.71～0.92)

エアロゾルが増えると夜空は明るくなる

～補足資料～

薄明：地平線下の太陽が空を明るくする現象(夕焼けなど)薄明時間の変化
25

等級

昭和基地

新宿

20 (Mag/□”)
15

10
5
00:00

0:30

1:00

1:30
2:00
2:30
薄明の経過時間

3:00

2014/5/6(昭和基地,新宿)の夕方の薄明時間の夜空の明るさ変化✓昭和基地の方が薄明が長い←太陽の入射角度が小さい
緯度： 昭和基地 南緯69度

3:30

4:00

～補足資料～

薄明終了後の変化
1.2 薄明終了時を0とした等級差(Mag/□”)
1

昭和基地

新宿

0.8
0.6
0.4

薄明終了時

0.2

0
0:00
-0.2

2:00

4:00

6:00

8:00

10:00

12:00

薄明以降の経過時間
2014/6/26(昭和基地)と2013/12/13(新宿)の薄明終了からの等級変化✓昭和基地は変化が小さい
新宿：「エアロゾル×人工光」
南極：人工光はないが、微弱に変化

～補足資料～オーロラ

オーロラの発生
太陽風が地磁気内のバンアレン帯に一旦捕獲され、磁力線に沿って地球大気に侵入する際に発光したもの。
高度が100～200㎞の酸素原子が発光すると、緑色になる。

オーロラの種類による違い
はっきりしたオーロラ(ディスクリートオーロラ)：
強いオーロラで、プラズマの勢いが大きく、速度が速い。
ぼんやりとしたオーロラ(ディフューズオーロラ)：
弱いオーロラで、プラズマの勢いが小さく、速度が遅い。

～補足資料～

南極のエアロゾル
昭和基地と新宿(東京)の光学的厚さの比較
昭和基地
新宿(東京)
0.20～0.45
0.02
昭和基地：大気混濁度(気象庁,2013)の年間平均 日本：Kudo et al. 2010

(観測波長:500nm)✓南極では、エアロゾルが非常に少ない✓エアロゾルとの関係がほとんどないと推定

～補足資料～

月の明るさ
21.5

等級(Mag/□”)216/26(月なし)

7/14(月あり)

20.5
2019.51918.5
1818:0520:05

22:05

0:05
時刻

2:05

4:05

6:05

～補足資料～

月の補正

人工光がない南極のデータから月の影響を調べられないか?

目標：月が夜空の明るさに及ぼす影響を明らかにする
方法①位相角/天頂高度から月の影響を計算②観測値より月の影響を差し引く

夜空の明るさ(観測値)

月の影響

Kevin Krisciunas , Bradley E. Schaefer 著『A MODEL OF THE
BRIGHTNESS OF MOONLIGHT』 (1991)参考

18 観測値

月の影響がない
夜空の明るさ(補正後)補正後 21
観測値

補正後

17.5

20.5

1720

16.5

19.5

16

19

18:00 20:00 22:00 0:00

時刻

2:00

4:00

6:00

←満月の翌日の月の影響補正(2014/6/14)

～補足資料～それぞれの要因
月

オーロラ

南極

エアロゾル無し

あり

あり

人工光無し

新宿あり

あり

発生しないあり

自然由来

起源役割

人工

光の反射

光源

光源

(影響小・大気)(影響大・大気外)(影響大・地上)

夜空の明るさのメカニズム
人工光(または月・オーロラ)がおおよその夜空の明るさを決定↑
そこにエアロゾル量の変動が多少影響(付加要素)