電子航法と宇宙天気
情報通信研究機構 電磁波計測研究所
宇宙環境インフォマティクス研究室 石井 守

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Contents• 宇宙天気とは• 近年の宇宙天気の概況：サイクル24について• 近年の宇宙天気に関連する報道と実際の宇宙天気現象• NICTで提供しているサービス

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What is “Space Weather?”

宇宙天気とは3• 映画：ノウイング（2009年米国）– ある日、小学生ケレイブは50年前に小学校で埋められたタイムカプセルから数字の書きこまれた紙を持ち帰る。
– そこには過去に起きた大惨事の日付と犠牲者の数が書かれていたのだ。
– やがて数字に予告された日付に大事故が起きる。さらに数字の最後には、人類がかつて遭遇したことがない大惨事が待っていた…
– それは2009年に太陽のスーパーフレ
アで人類が滅亡するという予言だった。
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宇宙天気に関する新聞記事

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宇宙天気のターゲット

静止軌道上の衛星（300以上）

電離層（電離圏）の電波伝搬障害

Influence on social infrastructure

社会インフラへの影響7①表面帯電後方散乱電子

太陽光

光電子

２次電子

外部電子

２次電子

２次電子

外部イオン

現象： 衛星表面にプラズマが帯電→放電して障害を引きおこす現象。
要因： サブストーム（地磁気変動）に伴う粒子注入
寄与粒子： ～100keV電子

測位衛星衛星時計誤差電離圏擾乱
電波の揺らぎ

衛星位置誤差電離層遅延電離層

高度250～400km程度

対流圏遅延

マルチパス

対流圏

プラズマバブル（電離圏の“泡”）

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GIC（地磁気誘導電流）発生によるカナダ大停電 1989年
1989年にカナダ・ケベックにおいて強い磁気嵐期間中に大停電が起こった。これは、GIC（地磁気誘導電流）によるものと考えられている。
GICにより破損したトランス
太陽フレアの原因となった黒点©PSG&E

NAOJ

静止軌道上でのX線

磁気嵐発生（Dst指数）

National Institute of Information and Communications Technology

デリンジャー現象（電離圏による短波異常減衰）
通常状態の短波伝播

太陽フレア発生時

大きな太陽フレア（太陽面爆発）→ 太陽Ｘ線量の急増→ 電離圏D領域の電子密度急増→ 短波電波の吸収National Institute of Information and Communications Technology

デリンジャー現象発生時のイオノグラム

スポラディックE層（Es層）

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スポラディックE層による通信・放送障害•

スポラディックE層は、夏季の高度100kmで頻繁に発生する電子密度の高い層である。

•電波干渉などにより通信や放送に障害を起こすことが分かっている。

National Institute of Information and Communications Technology

電離圏嵐
F領域の電子密度が、通常の日変化に比べて、異なる様相を見せることがある。

負相嵐

正相嵐

• 通常よりも、顕著に電子密度が小さい時間が続く。
• 主に中性大気組成の変化によって起こり、正相嵐の数時間から 一日程度遅れて発生することが多い。
• 高い周波数の電波が、F領域で反射されないため、遠距離の通信が困難になることがある。

• 通常よりも、顕著に電子密度が大きい時間が続く。
• 主に昼の間に電離圏が、電磁気学的な力や赤道向きの風などによって、高高度に持ち上げられることで起こる。

Recent Space Weather

近年の宇宙天気の概況

最近の太陽活動

NOAA/SWPCによる太陽黒点数の予測

長期的な太陽活動の変動

地磁気活動の長期的な状況
太陽風
磁場
太陽風
密度

太陽風速度
黒点相
対数
地磁気指数

太陽活動の上昇に見合う地磁気活動の上昇が見られていない。

NASA OMNIWebにて作成。http://omniweb.gsfc.nasa.gov/form/dx1.html

ここ3年の地磁気活動

活発
非常に活発（K>4）
やや活発（K=4）
静穏（K=3）静穏（K<3）

2010

2011

2012

極大が近づくにつれて、「やや活発」、「活発・非常に活発」の頻度は増えている（2012年で20%程度の割合）。

サイクル24における地磁気嵐（Dst指数 -100nT以下）••••••••••

2010年 無し2011/08/06 Dst -107nT
2011/09/26 Dst -101nT
2011/10/25 Dst -132nT
2012/03/09 Dst -143nT
2012/04/24 Dst -104nT
2012/07/15 Dst -128nT
2012/10/01 Dst -133nT
2012/10/09 Dst -111nT
2012/11/14 Dst -108nT

発生回数に徐々に増加傾向は見られるものの、Dst指数
がｰ150nT以下に達するような大磁気嵐はサイクル24では一度も発生していない。

（参考：サイクル２３最後の地磁気嵐 2006/12/15 Dst -162nT）

静止軌道放射線帯電子フラックスの状況

静穏：２MeV以上の電子フラックスが103未満
やや高め：２MeV以上の電子フラックスが103以上104未満
高め：２MeV以上の電子フラックスが104以上

放射線帯電子フラックスは極大期よりも下降期に増える傾向が見られる。

2012年1月~2013年2月までの静止軌道高エネルギー電子フラックスの状況

2000-2013年の電離圏変動

150Sunspot Number (from NOAA/SWPC)NOAAによる太陽活動予測値

10050
長期トレンド：foF2は太陽活動度に依存

季節変化：foF2は春・秋に極大。夏が極小となる

季節変化：foEsの発生は、日本では、夏に極大となる

長期トレンド：foEsは太陽活動度との関係があまりない

0
本年度は昨年度に比べ、foF2がやや低下。長期トレンドは昨年度がピークか。

2012年3月の宇宙嵐

X5.4/3B フレア

2012年3月7日
Xクラスフレアの影響によりラジオ日経の短波放送で受信状態が悪化
2012年3月7日
米国のSkyTerra 1衛星が太陽高エネルギー粒子による姿勢制御用センサーへのノイズのためにセーフモードとなりサービス中断
2012年3月7-8日
ESAのVenus Express探査機で太陽高エネルギー粒子の影響でStar Tracker使用できなくなった。
2012年3月10日、11日（US newsによる）米国の軍の衛星でシングルイベント発生
2012年3月12日11pm (EST)米国のHughesNetの衛星で障害によりサービス中断
3月8-9日アメリカのデルタ航空が極域航路の便をより低緯度側の極域航路や極域航路でない航路に変更

2012/03/07 X5.4フレアに伴うデリンジャー現象
デリンジャー現象（電離圏による短波異常減衰）

鹿児島イオノゾンデ観測による電離圏エコー

9:00 JST鹿児島
通常時
電離圏エコー

9:15 JST
鹿児島
デリンジャー現象発生時（※ＧＯＥＳ衛星による太陽Ｘ線観測から計算）※ラジオ日経の短波放送で受信状態が悪化

電離圏エコーの消滅（1時間以上継続）

Press news and reports about Space Weather

宇宙天気に関わる報道2012/01/25 TBS Nスタ

読売新聞 ２０１３年１月２６日朝刊

1月のイベント時の極域航路のルート変更に関するNetニュースの情報
2012年1月24日
通信障害の可能性があるため、デルタ航空（アジア行8便でルート変更）、エアーカナダ（東京便、上海便、香港便）、カンタス航空（シドニ－ブエノスアイレス便）が極域航路を低緯度の航路にルート変更

2012/03/09 スッキリ （日本テレビ）2012/03/09 ＺＩＰ!（日本テレビ）

3月のイベント時の衛星障害に関するNetニュース等の情報
3月12日11pm(EST)にHughesNetの衛星（ Space way 3 ）で障害によりサービス中断

3月10日と11日に米国の軍の衛星でシングルイベント発生

3月7日LightSquardの衛星（Sky Terra 1）で障害
3月7-8日 ESAのVenus Express探査機で太陽高エネルギー粒子の影響でStar Trackerが使用できなくなった。

2010年8月4日 日本でオーロラ？

http://news.searchina.ne.jp/disp.cgi?y=2010&d=0804&f=it_0804_012.shtml• 複数のウェブニュースにおいて、2010年8月4日「日本でもオーロラが見られるかもしれない」と報じられた（朝日新聞の記事は数時間後に削除された）。

2010年8月4日 日本でオーロラ？（NICT報道発表）

http://www.asahi.com/special/playback/TKY201008040158.html

＜地磁気緯度の違いの理解が必要＞• オーロラが見られる領域は地理座標ではなく、地磁気座標に関係している。
• 日本と米国は、地理的に同じ緯度でも、地磁気緯度が10°以上低くなるため、アメリカでオーロラが見られても日本で見られるとは限らない。

赤道付近でオーロラ？

http://news.livedoor.com/article/detail/4844755/• 2010年6月23日複数のウェブニュースにおいて、NASAが赤道付近のオーロラ画像を公開したと報じられた。

赤道付近でオーロラ？オーロラが赤道方向に移動

http://news.nationalgeographic.com/news/2010/06/photogalleries/100622-aurora-space-pictures-saturn-moons-100/• これは、「磁気嵐により、通常より赤道方向（closer to the Equator）に移動（shift）している」という英語の元記事を誤訳したものと推測される。
• 英語の記事はまともであるので、日本の報道（特に科学記事）の質の問題と思われる。

Operational Activities of NICT Space Weather

NICT宇宙天気業務40

宇宙天気予報業務• 毎日午後2時30分より宇宙天気予報会議• 予報情報を電子メール・Web・FAX等で送信

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予報の流れ（チェックリスト）

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44
201211

201206201201

201108201103

201010201005200912

200907

200902

200809200804

200711200706200701NICT宇宙天気Webアクセス数の推移

250000200000150000100000
黒点数(x1000)

Webアクセス数

50000

0

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ACE受信アンテナ

平磯太陽電波望遠鏡

極端現象の計算結果
極端現象(太陽風圧力８０倍)
磁気圏境界の位置：５Re

通常時
磁気圏境界の位置：１５Re

静止軌道(6.6Re)の内側

ロバスト性が上がり、極端現象のシミュレーションができるようになった。
→今後、解析が必要

International Organization for Space Weather

宇宙天気予報の世界的体制

ISES: International Space Environment Service(13 member nations over the world)
太陽監視衛星、太陽風監視衛星、静止軌道衛星など多くの衛星を運用し、データを提供している。

世界で唯一の、太陽風、磁気圏、電離圏リアルタイムシミュレーションを実施している。局
所的電離圏観測や地磁気観測の地上観測網が充実している。
ワルシャワ（ポーランド）
ルンド（スウェーデン）モスクワ（ ロシア）
オタワ（カナダ）

ブリュッセル（ベルギー）

NICT
プラハ（チェコ共和国）

北京（中国）

東京（日本）

ボルダー （米国）
ＩＳＥＳ本部（NOAA)

ニューデリー （インド）

サンジョセドスカンポス（ブラジル）
ヘルマナス（南アフリカ共和国）

シドニー（オーストラリア）

国際協力によって宇宙天気予報を推進。

世界の宇宙天気（運用）関係組織
国連
COPUOS（宇宙平和利用委員会）

国連

ISWI (International Space
Weather Initiative) WG
2009~2011

国内WG（JAXA）
Long-Term Sustainability WG 2011~2011~2014

気象世界気象機構（WMO：World Meteorological Organization)

ICTSW (International
Coordinate Team for SpaceWeather) 2009~

地域の独自連携
European Space WeatherWeek

Space Weather Workshop
NOAA

Asia-Oceania Space Weather Alliance
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国際連携

ICTSWからICAOへの提言
航空 – 極廻り航路への影響

短波通信のみが可能な領域

通信• 北極域の緯度82度以上の円内は、普段から衛星通信やVHF通信が使用出来ず、3~30MHzのHF通信が極廻り航路における唯一の通信手段。
• プロトン現象は、数日間に亘るHF通信途絶を引き起こす（極冠電波吸収）。
放射線被曝• 宇宙線による極廻り航路での被曝レベルは通常1フライトで数十μSV程度。宇宙線は2種類に分類できる。
 銀河宇宙線 (常に存在し、避けられない。)
 プロトン現象[太陽宇宙線] （ごく稀に極めて被曝レベルが増加することがある。）•放射線量が増加したとき、航空会社は極廻り航路の利用を制限。

2005年1月 ユナイテッド航空： 太陽フレア（プロトン現象）の影響で26便が航路を変更
シカゴ－香港便 4日間連続アンカレッジ経由に変更。180分～210分の遅れ
シカゴ－北京便 18分～55分の遅れ
北京－シカゴ便 55分～80分の遅れ50

終わりに• 宇宙天気予報の難しさ– 現在でも未知のプロセスがある– 観測点が非常に乏しい– 空間的なスケールが様々（オーロラ：～㎞、太陽風：• 精度向上のための研究– プロセスの解明– モデル・シミュレーションコードの開発• 宇宙天気予報業務への還元• 利用ニーズに即した予報を！：ユーザの声が一番重要
今後ともよろしくお願いいたします51