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京都精華大学 基礎講義

自然科学論	  ~宇宙科学と人文社会科学・芸術表現~	

担当教員：磯部洋明	  京都大学宇宙総合学研究ユニット・特定講師	  京都精華大学・非常勤講師	  	  第5回 2011年5月17日	

太陽	
地球	

表面の温度 ≈	  6000度、質量 ≈	  1030kg	  （地球の約20万倍）、	  直径 ≈	  140万km（地球の約100倍）、年齢 ≈ 約45億歳	  	  太陽はありふれた恒星の一つ	
小、冷、赤	重、熱、青	太陽	  ↓	水素の核融合で光る星（主系列星）	  	  星の明るさ、色は重さで決まる。	  	  小さな星ほど多い。	
国立天文台HPより	

太陽のエネルギー源...核融合	水素の原子核4つがくっついてヘリウム原子核を作る	  この時、質量（重さ）が少しだけ(約0.7%)減る。	  

質量はエネルギーと等価	  	  E	  =	  mc2	  減った質量分のエネルギーが光として放出される	  	h3p://cse.ssl.berkeley.edu/bmendez/ay10/2002/notes/lec12.html	

人間の静止エネルギー	
• 体重50kgとすると	  • E=mc2	  =	  50(kg)	  ×	  3億	  (m/秒)2	  	  =	  450京ジュール	  =	  	  1兆キロワット時 	

電気事業連合会のHPより	  h3p://www.fepc.or.jp/present/jigyou/japan/index.html	

太陽の内部	
対流層	  （ガスの流れでエネルギーを外に運ぶ）	  	  放射層	  （光でエネルギーを外に運ぶ）	  	  コア	  （核融合が起きる場所。温度1500万度）	  	コロナ:	  100万度の超高温大気	
2006年の皆既日食（トルコ）	

太陽の表面は6000度。その外側になぜ100万度の超高温大気があるのかは今も完全には分かっていない（少し分かり始めている）	

エックス線で見た太陽	
温度が100万度以上のコロナ	  	  	  ピカッと光るのは、太陽フレアと呼ばれる爆発	  	  	  	  	紫外線で見た太陽	SOHO衛星/EIT	紫外線で見たコロナ	

TRACE衛星	黒点	

Movie	  by	  	  T.	  J.	  Okamoto	黒点の構造	

黒点暗部の温度は約4000度。周囲（6000度）より冷たいので暗くみえる。	  	  ただし、黒点だけ取り出して夜空に置けば満月より明るい。	  

暗部	

半暗部	

黒点の周りの活動現象	プロミネンス（紅炎）	  ...	  100万度のコロナにうかぶ1万度のガス	  スピキュール	  ...	  太陽の表面から吹き出すジェット	  	黒点の正体は大きな磁石	

太陽の表面は磁場に覆われている	

太陽は電流を生み	  出す「発電機」！	

可視光	  (6000K)	  磁場	  （白い部分がN極、黒い部分がS極）	

Ｘ線	  (1-­‐100MK)	  コロナの加熱	  ~	  電磁調理器	
関西電力のHPから	

電磁調理器（IH:	  Induc]on	  Hea]ng	  ）	  	  調理器に電流を流す	  ＝＞磁場ができる（電磁石の原理）	  ＝＞鍋に電流が流れる（電磁誘導の原理）	  ＝＞電流が電気抵抗により熱化（電気ストーブ）	

太陽では：	  	  太陽表面のガスの運動（電流）	  が磁場を介してコロナに電流を流し、	  その電流のエネルギーが熱に変わる	  	太陽からふく風	SOHO衛星／LASCO	太陽フレア	2006年12月13日の大フレア	宇宙から見たオーロラ	フレアやコロナ質量放出が起きると	太陽フレアに伴う高エネルギー放射線	  ＝＞宇宙飛行士の被爆	  	  	  	  	  	  	  	  	  	  人工衛星の故障	

フレアに伴い噴出する磁気プラズマ	  （コロナ質量放出）	  ＝＞磁気嵐、オーロラ	  通信障害	  送電線網、パイプラインの障害	フレアがおきると大変。	  
これからは「宇宙の天気予報」	

2003年10月30日 朝日新聞	

太陽放射線による被爆の危険性	太陽は11年ごとに変化する	
X線	

黒点の数が約11年で	  ふえたりへったりする	

磁場	
２０００年	

1991年	

黒点の数と地球の気温	
太陽黒点の変化	

黒点数の変動	

2000年	

1991年	

マウンダーミニマム	•今から300年ちょっと前、黒点がほとんどない時があった	  •	  そのころ地球はミニ氷河期(ひょうがき)だった	  そのころのイギリスのテムズ川をかいた絵	Gray	  et	  al.	  
(2009)	  太陽活動が地球の気候に	   太陽黒点数
影響を与える可能性	  	  太陽フラックス
1. 全放射強度（明るさ）	  

ニュートロン数

2. 紫外線の変動	  3. 銀河宇宙線の変動	  

全放射照度

1975年

2000年
東京工業大学 丸山茂徳先生の資料より	

超新星爆発でできた高エネルギー粒子（銀河宇宙線）が地球に降り注ぐ	  太陽黒点の磁場は、銀河宇宙線に対するバリアとして働く	  ＝＞黒点が少ないと、宇宙線がたくさん降ってくる	Lockwood et al., Nature 399，437- (1999)
温暖	減少	
目
盛が反転してあることに注意	寒冷	増大	

過去１５０年間、太陽活動は増大を続け、宇宙線は減少を続けていた。
その傾向と温暖化の傾向は一致。	

宇宙線と低層雲量にはよい相関がある(Svensmarkほか、2000)
高層雲、中層雲では相関は見られない

銀河宇宙線は、大気と衝突して雲ができる時に核となるエアロゾルを作る	  	  銀河宇宙線が増えると低層雲が増える＝＞太陽光を反射して気温が下がる	  	  	  ...以上のようなメカニズムが提唱されているが、この効果が実際にどれほど効いているかは、まだよく分かっていない。	

高層雲	

中層雲	

低層雲	

去年11月の新聞記事	
h3p://www.asahi.com/science/update/1109/TKY201011080433.html	

年輪中の放射性同位体の量の分析から、過去の銀河宇宙線の量が分かる。	  
＝＞気温との相関を長期にわたって調べることができる（東京大学・宮原他）	

気候変動の要因(IPCC報告書より)	
CO2
CH4ほか
人為起源

O3

エアロゾル（宇宙線の影響）

自然変動

太陽放射変動	



-2-10

1

2

[Wm-2]
IPCC	  (2007;	  Fig.	  
SPM.2)	  一番右のコラム、LOSU(Level	  Of	  Scien]ﬁc	  Understanding)が低い要素が多くある	  ＝気候変動にはまだよくわかっていない効果があるということ	地球温暖化問題にどう向き合うか	  	（以下は磯部の個人的な意見。よく考えて自分の意見を持って下さい。）• IPCC	  (Intergovernmental	  Panel	  on	  Climate	  Change;	  気候変動に関する政府間パネル)は、人間が出したCO2により地球が温暖化している可能性が高いという結論をだした。	  
• 「証明した」わけではない。太陽活動の影響など、科学的にまだ分かっていないことも多い。	  
• 一方、多くの科学者が集まって、CO2温暖化の可能性が大であるという結論を出したという事実はそれなりに重い。急激な温暖化が様々な問題を引き起こすのであれば、それが100%確実ではなくても、それなりの可能性が見えた時点で政治としては何らかのアクションを起こす必要はある。	  • たとえCO2による温暖化が危惧されているほどでないにしても、化石燃料にいつまでも依存できないのは明らかなので、脱炭素社会を目指すという方向は正しいと思う。	  
• CO2の温暖化の有無に関らず、太陽と地球の環境は長期的視点で見れば必ず変動する。特に世界全体の食料生産を下げるという観点から、寒冷化は温暖化より深刻な自体を引き起こす可能性が高い。	  
• これからの世界に必要なのは、（人為的温暖化や生態系の破壊など）急激な環境変動をできるだけ抑えるという努力に加え、例え環境が変動してもそれに対応できるような社会を作ること。	  
• 「環境変動に対応できる」ということには、科学・技術だけではなく、極端な例を出せば「食料生産が減っても戦争をしない」など、社会の仕組みを整えることも含む。