Who I am

自己紹介



宇宙天気と宇宙気候

草野完也（Kanya Kusano)経歴

北大物理、広大物性・物理科学・先端物質科学
海洋研究開発機構/JAMSTEC
 地球シミュレータセンター、地球内部ダイナミクス領域

名古屋大学 太陽地球環境研究所 教授（2009.7-)

太陽活動を予測する

ー名古屋大学での太陽研究の紹介ー

専門




名古屋大学太陽地球環境研究所
総合解析部門（SSt研）

草野完也(kusano@nagoya-u.jp)



所属学会
1

太陽と地球をつなぐもの

太陽・宇宙・核融合プラズマ物理学 (plasma physics)
非線形電磁流体力学、ダイナモ理論 (MHD, dynamo)
シミュレーション科学 (simulation sciences)
宇宙天気・宇宙気候 (space weather, space climate)
雲物理 (cloud physics)
日本天文学会、日本物理学会、地球電磁気・地球惑星圏学会、プラズマ・核融合学会、
JpGU, AGU, AAS, APS, IAU

2010/8/17

2プラズマって何？

粒子：プラズマ、高エネルギー粒子
 場：電磁波（電波、光、紫外線、Ｘ線）、磁場

相転移（phase transition)

Three phases
固体(solid)

液体(liquid)

気体(gas)ionization
e（－）
P（＋）
mp 1.7x10-27 kg
me 9.1x10-31 kg

solidliquid

プラズマ(plasma)gas
plasma
104K

3

温度

4

電磁流体力学(MHD magneto-hydro-dynamics)
B   ( V  B)
t
if h=0 (理想MHD)
B

B

frozen-in（凍結）太陽風と磁力線
2010/8/1761太陽圏 (Heliosphere)

キッチンでできる“衝撃波実験”
亜音速流

波

超音速流

衝撃波

100AU

7

宇宙天気と宇宙気候

8

太陽面爆発と宇宙天気被害
宇宙天気
space weather

太陽面爆発（フレア）などに起因した宇宙空間や地上の電磁環境変動やプラズマ現象（磁気嵐、オーロラ爆発、太陽エネルギー粒子）

8分後：Ｘ線・紫外線


約30分後：太陽高エネルギー粒子（ＳＥＰ）


宇宙気候
space climate

宇宙飛行士の被曝、衛星電子障害

約2日後：コロナ質量放出（ＣＭＥ）


太陽活動に起因した宇宙空間と地球環境の長時間変動

電離層擾乱→通信障害，ＧＰＳ障害



磁気嵐→送電網障害、パイプライン被害
高エネルギー電子→大気膨張、衛星軌道変動、通信障害

9フレアと太陽高エネルギー粒子(SEP)

10太陽面爆発と宇宙天気

SOHO衛星による観測
Courtesy of CDAW Data Center at NASA andThe Catholic University of America

2010/8/17

NICT「宇宙天気予報の研究」より

2

宇宙天気による被害

フレアによる衛星障害

キャリントン・イベント（1859年9月1日）


磁気嵐による停電

Richard C. Carrington

太陽フレアの発見、太陽フレアとオーロラ・磁気嵐の関係を提唱

1989/03/13 カナダのケベックで送電施設の障害による停電（9時間600万人に影響）13

読売新聞2001年9月26日朝刊過去400年の太陽フレア

14

ちょっと寄り道

McCracken et al. 2001


お薦めＳＦ小説

2010/8/17

アーサー・Ｃ・クラーク＆スティー
ブン・バクスター
月面にいる若き孤高の天文学者ユージーンは、強大な太陽嵐が2042年4月に起こると予測した。それだけの規模の嵐になれば、地球上のあらゆる動植物はもちろんのこと、人類が生き延びることは不可能だ。そこで、科学者たちは前代未聞の大計画を企てた。宇宙空間に地球と同じ大きさの盾を設置し、太陽の巨大なエネルギーを防ごうというのだ。途方もない計画の実現に向け、科学者、宇宙飛行士が結集し、たった4年あまりで"太陽の盾"を完成させようとするが……
16

太陽嵐 (Solar Storm)

太陽の盾 (Sunstorm)

太陽フレア

太陽フレア
太陽コロナ磁場のエネルギーが突発的に熱と運動に変換される爆発現象。(~1025J)
 放出されるＸ線量で規模が測られる。
 黒点群の中で発生する。


コロナ質量放出(ＣＭＥ)

大規模なコロナプラズマの放出現象
質量：10億トン、速度：100~2000 km/sec

17183

The Target Event

太陽フレアとコロナ質量放出（ＣＭＥ)

太陽フレア
Harstad, Norway

2006, Dec.14

DST index

コロナ質量放出(CME)

Payson, Arizona

惑星間ＣＭＥの構造

太陽風と磁気圏の相互作用

衝撃波

21

Interplanetary CME

太陽嵐の予測Nature 432, 78-81 (4 November 2004) |doi: 10.1038/nature02986
An interplanetary shock traced byplanetary auroral storms from theSun to Saturn
Renée Prangé1, Laurent Pallier1, Kenneth C.
Hansen2, Russ Howard3, Angelos
Vourlidas3, Régis Courtin1 and Chris
Parkinson4

フレア・ＣＭＥの発生予測

古典的な方法
黒点の分類による

どこで 黒点の近傍
どれほど
 いつ




ＣＭＥの伝播予測
規模速度
 方向
 磁場の向き23244

黒点の全磁束量とフレア発生数

1日以内に大フレアを生じなかった数

1日以内に大フレアが生じた数

黒点の全磁束量
小さな黒点

大きな黒点

25

磁気シアと自由エネルギー

太陽フレアの基本過程

シグモイド
磁気エネルギーの解放
reconnection

シア磁場

BB  0

磁気ヘリシティ <0flare loop

ポテンシャル磁場

太陽表面J  01  B  0
シア磁場

B  BB  0

磁気エネルギーの蓄積
磁気ヘリシティ >0太陽コロナ磁場の磁気リコネクション

蓄積

新世代の太陽研究

しかし、蓄積から解放への遷移過程は未解明

データ駆動型シミュレーション

最新の観測研究と大規模シミュレーションの融合

3次元磁場モデル
電磁流体力学シミュレーション
フレア発生機構の理解と予測
太陽表面磁場地球シミュレータ

太陽と地球のコンピュータ
シミュレーションモデル
太陽フレア発生、太陽黒点活動、コロナの加熱と太陽風の加速、太陽の地球環境影響

太陽観測衛星305世界初の太陽嵐シミュレーション
最新の観測研究と大規模シミュレーションの融合

太陽フレア・ＣＭＥ再現実験
高エネルギー粒子の加速

図１：2006年12月に発生した太陽フレアと黒点の衛星観測データ（右）及びこのデータを用いた実証モデルで初めて得られた磁力線の3次元構造(左)。

31

太陽圏コロナ質量放出シミュレーション

地球磁気圏シミュレーション

太陽の気候影響

歴史的論争
William Herschel (1732-1822)太陽黒点とロンドンの穀物市場との関係に関する研究(1801)

小氷期（little ice age)

Moberg et al.(2005)：マウンダー極小期に対応した時代に20世紀後期に比べて0.7度程度寒冷化してい William Herschel
1738-1822た可能性がある。
小氷期
little ice age

中日新聞2010年3月16日

朝日新聞2010年3月16日
33

Kirkby 2007

太陽活動と気候変動

太陽黒点と宇宙線量の変化

中性温暖期

宇宙線

宇宙線大
太陽活動小

“Sports on a Frozen River”
by Aert van der NeerCourtesy: The Metropolitan Museum of Art

http://en.wikipedia.org/wiki/Image:Sunspot_Numbers.png

小氷期

北半球平均気温n + 14N → 14C + 1H

Mann et al. 1998, 1999
Moberg et al. 2005
Pollack & Smerdon 2004
Dahl-Jensen et al. 1998

窒素

炭素同位体

宇宙線生成核種

宇宙線小
太陽活動大

Δ14C（太陽活動指標）
縄文杉
宇宙線

太陽風

Stuiver and Quay 1980 Klein etal. 1980
Raisbeck et al. 1990
Usoskin et al. 2002

熱帯アンデス氷河
黒点極小

黒点極大

太陽圏
磁場

Polissar et al. 200635

西暦 1000 1200 1400 1600 180020006

太陽黒点活動に伴う様々な変動

地球に対する太陽影響の研究
太陽ダイナモ

黒点白斑

黒点・磁場活動F10.7

放射強度（TSI)
放射スペクトル（SSI)

太陽風
太陽面爆発
太陽圏磁場 （フレア・CME)
高エネルギー粒子

sunspot
白斑

黒点

白斑と黒点の違い

GCR

循環

銀河宇宙線
太陽変調

Usoskin 2008
37

Flux transfer dynamo modelオゾン

雲2010/8/17

Leif Svalgaard’s home page

Polar Field Scaled by Size of Next Cycle is Possibly an Invariant
North - South Solar Polar fields [microTesla]

400300

WSO

MSO*

200
1000
1965
-100

1970

1975

1980

1985

1990

1995

2000

2005

2010

Rmax24 = 75
Our Prediction-200-300
-400

40

39

サイクル２４（百年ぶりの低活動？）

State of the Art: Predicting Cycle 24
What the Sun seems to be doing

パリティ 2010 1月号「太陽活動は回復するか？」
草野完也

活動領域数の変化
前極小期

今極小期
Leif Svalgaard's Research Page

黒点の予測はほとんどできていない。次世代（君ら）の課題だ！
2003年10月28日

2010年5月16日

427

なぜ、太陽研究は面白いか？

名古屋大学太陽地球環境研究所

非線形プラズマ現象の宝庫

太陽地球システムの中心

巨大なプラズマの実験室

太陽フレア・太陽風・太陽嵐



太陽地球システムの総合的研究


太陽、太陽圏、磁気圏、電離圏、大気圏、宇宙線、惑星、宇宙天気、宇宙気候
太陽圏
惑星磁気圏
太陽

地球に最も近い恒星
様々な天体現象をひも解く鍵

太陽黒点活動と気候変動

惑星間空間

小氷期

太陽磁気ループ

星間空間

銀河ループ

43

名古屋大学でできる太陽研究


衛星磁気圏

地球環境への影響

2010/8/17

太陽風、電離層の電波観測

歴史的課題への挑戦

ＵＨＦ電波望遠鏡（富士観測所）

太陽黒点の謎太陽フレアの謎

太陽コロナの謎

太陽黒点はなぜ生まれる？
11年周期とは何か？

太陽系最大の爆発「太陽フレア」の発生メカニズム？

太陽コロナはなぜ太陽よりはるかに高温か？

太陽風シンチレーション観測

太陽・太陽圏・地球圏を一体のシステムとした総合研究
宇宙天気研究宇宙気候研究太陽面爆発現象の発生予測
太陽面爆発現象の影響予測

太陽の気候影響の機構解明
太陽黒点活動の予測4546

名古屋大学大学院理学研究科


素粒子宇宙物理学専攻


宇宙地球物理系
太陽宇宙環境物理学研究室（SSt研）


素粒子宇宙物理系
理論宇宙物理学研究室 (Ta研)2010/8/17

草野完也(kusano@nagoya-u.ac.jp)
増田智（ masuda@stelab.nagoya-u.ac.jp）

鈴木建（stakeru@nagoya-u.jp）

488

太陽宇宙環境物理学研究室

名古屋大学理学研究科の入試


自己推薦入試

口述審査のみ説明会 6月中旬、出願〆切 7月初、試験 7月中

一般入試
筆記試験＋面接 出願〆切 8月初、試験 8月下旬




49

2次募集
 実施の有無は一般入試の後、決められる予定。
受験の際には事前に研究室へ連絡することが望ましい。
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