名古屋大学加速器質量分析計業績報告書. XXIII.
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樹木年輪中放射性炭素濃度測定による 7-8 世紀の太陽活動周期の研究

Astudyofthesolaractiv
itycyclei
n7・8th centurie
sbythecarbon14contenti
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三宅芙沙 10 ・永冶健太朗増田公明 1 ・村木綴中村俊夫 2FusaMiyake 1 ・ ， Ke由roNa畠;aya1, Ki
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urakiYI田ushi\ ToshioN北:amura 212

名古屋大学太陽地球環境研究所・ 名古屋大学年代測定総合研究センター

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4
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ymaycome 企om thesol置 cycle (Schwabecycle).Itis 白e 由主d caseof 也e increasin
gofSchwabecyc1elengthi
ntheMaund町typesolarminimum, afte
rtheMaundぽ mmunum 組d 也.eBC4 m血imum.
K句!Words: solarcycle;・ C回mogenic nuclide;theMaunderminimum

1.はじめに太陽観測の中で最も古くから連続した記録として残っているものは、望遠鏡の発明によって 1610年に始まった黒点観測である。黒点数は太陽活動の指標であり、平均 11 年周期で変動することが知られている(図1)。この太陽活動周期のことをシュワーベサイクルと呼んでいる。シュワーベサ

イクルのメカニズムは太陽ダイナモ機構によって説明されているが、シュワーベサイクル周期長が何によって決定されているかなど不明な点が多く残されているロ太陽メカニズムを考える上では、長期的な太陽の振る舞いを知る必要があるが、過去 400 年間の黒点記録だけでは不十分である。また、図 1 にみられるように 17 世紀後半から 18 世紀前半は黒点消失期(マウンダー極小期)となっており、この期間の太陽活動は、黒点記録からはわからない。このような背景を受け、我々は樹木
年輪中の放射性炭素 14C 濃度測定を研究手法として用いている。

放射性炭素 14C は、宇宙線と大気原子核との核反応によって生成され樹木に取り込まれるため、樹木年輪中 14C 濃度は、過去の宇宙線強度を記録している。また、宇宙線の大部分が荷電粒子であることから地球への到来宇宙線量は太陽活動によって影響される。従って、年代既知の樹木年輪中14C 濃度の測定は、過去の太陽活動を調べるために有効である。

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2000AD

図 1AD16 1O・ 1995 年の黒点数変動とその周期長山Fig.
1Variationofthesunspotnumbぽ企om 1610t
o1995ADanditscyc1e1en凶1.
過去の 14C 濃度連続測定として、 Stuiver らが約 l 万年前までの年代既知の樹木年輪中 14C 濃度を10 年ごとに測定した、 14C 濃度変動曲線(IntCa1)がある [2]0 IntCa1 を見てみると、マワンダー極小期には 14 C 濃度が高くなっており(これは太陽磁場が弱かったことが原因であると考えられている)、

過去 1 万年間通してみるとマウンダ一極小期のほかにも多くのよく似た変動が存在することがわか

01armi凶mum) と呼ばれ、今までに 14C データをる。このような時期は、太陽活動極小期 (Grand s用いた様々な研究が行われてきた。識別された太陽活動極小期は解析方法によって若干異なり、過去 5000 年間の数は 6-20 個である (Eddy[3] ， Stuivereta1.[4] , Vosseta1.[5] , Gos1紅[6] ， Usoskinetal. [7])。
また、 S旬iver( 1989)[8] は、極小期の継続期間によってマウンダー型(短い)とシュベーラー型(長い)に分類できることを提案した。
表 1

過去 5000 年間の太陽活動極小期(中心年と継続期間は Usω悩n eta1., 2007、極小期の振幅はEddy, 1977 、型は銑凶ver eta1.， 1989 より)。型の M と S はそれぞれマウンダー型とシュベーラー型を示す。 Voss eta1., 1996 では、表の極小期以外にも 1800 年前後のダルトン極小期や、 9 世紀後半極小期など、合計 20 個の極小期を挙げている。

Tab1e.
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neta1., 2007, amp1i旬de i
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sci旬d fromStuiv
ereta1., 1989).TbetypesM andS
rep叩sent 白e Maundぽ勿pe and 由e Spörぽ勿pe， resp∞tive1y. I
nadditionto 也ese， Vωs etal., 1
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さらに、IntCa1より高時間分解能(1 -2 年)の測定が、主に太陽活動極小期を含む期間を中心に行われてきた。その中でマウンダー極小期においてシュワーベサイクルは 14 年に、また BC4 世紀の極小期には 16 年に伸びていたという報告がある [9][10]。これらのマワンダー型の太陽活動極小期においてシュワーベサイクル長が長くなるという結呆は、最大黒点数とその黒点周期長との逆相関 [11]や、太陽型恒星における活動度と周期長との逆相関関係 [12] などの観測事例を支持する結果と言える。ただし、マウンダー極小期や BC4世紀の極小期は過去数千年間で最大クラスの極小期であり、それ以外の極小期や通常期におけるシュワーベサイクル長の研究はほとんどない。一方、シュベーラー極小期の高時間分解能測定も行われたが、明確な周期の伸びは確認されていない [13]。
マウンダー型とシュペーラー型によってダイナモメカニズムが異なり、周期長も異なる可能性があるが、詳しいことはわかっていない。シュワーベサイクル長の変動メカニズムが解明されていない
現段階において行うべきことは、長年にわたって様々な太陽活動を呈する時期を調べることである。

そこで、今回はマウンダー型極小期の中では振幅が小さい極小期 (AD650-720 ;以後 7 世紀後半極小期と呼ぶ)に注目し、この極小期を含む期間であり、太陽活動が通常もしくは活発であった

AD602-1072 年までの 14C 濃度を測定したロ本稿では調u 定結果と、その周期解析結果について報告する。

2. 測定
今回用いた試料は、その年代が年輪年代を用いて決定された、樹齢約 1900 年の屋久杉であるロ 1
年輪ごとに剥離した木片を、それぞれ化学洗浄 (AAA 処理、亜塩素酸処理)→CO2 化→精製→グラファイト化を行い、名古屋大学年代測定センターの AMS を用いて 14C 濃度を測定した。
測定は AD602-1072 年にかけて隔年で行った。今回の対象期間のうち、 2 区間 (AD992-1072: 毛受，2005[14] 、 AD880-964:桑名，2006[15]) は既に一通り測定されており、新しい結果と調和的である
ためこれらのデータを使用したロ 2010-2011 年にかけて、計 14 回(1固に測定するのは、年輪試料 29 個、 NIST 試料 6 個、パックグラウンド試料 2 個である)の測定を行った。 14C 濃度は S国V町&Pol叫h (1977)[16] によって定義される 11 14 C によって表される。各測定の平均誤差は 2.6%。であり、誤差を小さくするために同じ年を 1-4 回測定した。同じ年代での測定値は誤差の範囲内で一致したため、重みつき平均を取り合成した(合成後の平均誤差は 2.1 %0) 。

3. 結果
AD602-1072 年までの 11 14C 時系列データを図ゐに示す。系列データからシュワーベサイクル周波数帯を取り出すために、 7 ー 18 年バンドパスフィルターを通した後の系列を図 2b に、さらにバンドパス後の系列から得られた周期(山から次の山まで)を図 2c に示す。図 2c において、サイクル(7，25 ，26，35，44) については 2 つの波が重なっているようにも見えるが、分離すると片方の周期が短く振幅も小さくなるため、今回は l つにまとめた。測定期間全体で、合計 44 周期を検出した。

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03一3 57008009001.
0001.
100700800900100011007008009001.
0001.
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三 15急ZQ)~ 100>>

5AD
図 2(吟測定データの合成値とその 10 年移動平均

1 -44 までの数字は、サイクル番号を示す(b)7・ 18 年バンドパスフィルター。 グラフ中(のパネル(b)で示された各サイクルの周期長Fig.
2(a)Measured14Ccontent(squareswitherrorbars) 佃d lO・year movingaverage(1ine)(b)Fi1tered1114Crecor
dofthepresentres叫t fora 企equency bandof1/18・ 1/7 y(l.A日gure fo
reac
hpeakrepresents 白ecydenumber.(c)Len尉1 ofeachcydeassignedin 血e pane1(b).
4. 考察
バンドパスフィルターの結果を見てみると、 44 サイクルの周期長の平均は 10.5年で、 6・ 16 年までのあいだでばらついているのがわかる。最近 250 年間の黒点周期の平均は約 11 年であることから、 7・ 11 世紀の太陽活動周期は現代とほぼ等しいことが推測できる。囲気c)で、 11 年よりも長い周期はいくつか見られるが、 3 周期以上連続しているのは、サイクル 7-9 と、 25・27 である(それぞれ− 66 −名古屋大学加速器質量分析計業績報告書. X
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03のサイクル周期長が独立であるとすると、 12 年以上が 3 周期続く確率は 1127) 。ここで注目したいのは、サイクル 7-9 については 7 世紀後半極小期に対応していることである。 12 年以上の周期が 3回以上連続している期聞が極小期に偶然一致しているとは考えにくい。 7 世紀後半極小期について詳しい周期を調べるために、ウェーブレット変換[17] を行った (AD602・750) 0 7 世紀後半極小期を含む期間の測定データとウェープレット変換結果を図 3 に示す。

。

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650AD700[%0)

図 3AD602・750 年のð. 14 C 時系列データ(上)とそのウェープレット変換結果(下 )0 2 本の横線
は 9 年、 13 年に対応する。

Fig.
3Presentdat
aof .1
4
Cfrom602t
o750AD(ωp) 血d it
sre叫臼 ofwavelet 皿a1ysis (bo伽m). 百ehorizontallinescorrespondto1I9yr
sand1I13yrs(bo甘om)
まず AD602・750 年のウェープレット変換結果を見てみると(図 3 下)、 7 世紀後半極小期が始まる前には 10 年程度の周期であったのが、極小期がはじまると約 9 年と 13 年の 2 つの周期に分かれている。さらに、極小期の終わりごろには 13 年のみに変化しており、周期の伸びが確認された。 7世紀後半極小期は Usoskin によってマウンダー型と定義されている。マウンダー型における周期の伸びは、マワンダー極小期、 BC4極小期に次いで 3 例目の発見である。さらに 3 つの極小期の振幅と周期長の伸びとの聞に相関傾向があることが明らかになった(マウンダー極小期の振幅を 1 とした場合、 7 世紀後半極小期;振幅 0.7 ・周期 13 年、マワンダ一極小期;振幅 1 ・周期 14 年、 BC4 極小期;振幅 2.4・周期 16 年)。また、極小期の始まりで 9 年と 13 年が混在しているが、このような特徴は BC4世紀にも共通してみられる [10]。もし、極小期の初期に 2 つの周期フェーズが共存しているのが事実であるなら大変興味深い現象といえる。
シュペーラー極小期については、今までの測定から周期長の伸びは確認されていない(もしくは、極小期がはじまる前段階で伸びている)。ただシュペーラー型極小期はマワンダー型と比べると数も少なく、さらに継続期聞が非常に長いことからいくつかの極小期の複合型、もしくは原因のメカニズムがマワンダー型とは異なることが考えられている (Uso出n[7] ， Miyahara[13]) 。今後シュベー− 67 −

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ラー型 (BC7 世紀)極小期についても高精度な測定を行い、詳しく調べていく予定である。

5. まとめ
AD602-1072 年の年輪中 14C 濃度の測定を分解能 2 年で行った。同じ年の複数回測定によって得られた合成誤差は平均 2.1%。である。測定データの周期解析(バンドパスフィルターによる)結果より、12 年以上のサイクルが、 7 世紀後半のマウンダー型極小期に 3 サイクル連続していることが明らかになったロウェーブレット変換においてもこれらの周期の伸びは確認され、 13 年程度の連続周期が検出された。

マウンダー型極小期での周期長の伸びは、今までに測定されたマワンダー極小期(1 4 年)、 BC4極小期(1 6 年)に次いで、今回の 7 世紀後半極小期で 3 例目である。また 3 つの極小期の振幅と周期長の伸びとの聞に相関傾向があることが明らかになった。さらに、 7 世紀後半極小期の始まりで9 年と 13 年が混在しているが、このような特徴は BC4 世紀にも共通してみられるため、極小期の初期に 2 つの周期フェーズが共存している可能性がある。

今後さらに多くの極小期を測定し、極小期の継続期間、振幅、また周期などの聞の関係を明らかにしていく予定である。

謝辞
福島大学の木村勝彦先生には、試料年輪の絶対年代を決定していただきましたロこの場を借りて、お礼申し上げます。

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