宇宙天気ミニ講座（太陽編）
情報通信研究機構 電磁波研究所
電磁波伝搬研究センター 宇宙環境研究室
研究員 大辻 賢一

2021年11月30日

宇宙天気ユーザーズフォーラム

講演者プロフィール
おおつじけんいち

大辻 賢一

国立天文台や京都大学飛騨天文台で研究員として太陽の観測を行う。
太陽の表面で発生する爆発現象「フレア」やそれに伴う「フィラメント噴出現象」について観測的な研究を行い、宇宙天気予報の精度向上を目指している。
つい先日、NHKの番組「コズミックフロント」にて、江戸時代の太陽黒点スケッチについて紹介。

宇宙天気の領域

④電離圏

①太陽

③磁気圏
②太陽風

最近の宇宙天気ニュース
2021年10月29日の時事ドットコムニュース
29日日本時間0時に太陽表面で大規模なフレアが発生
太陽から高エネルギー粒子などが飛来
短波通信や通信放送衛星に障害、GPS測位誤差が増大

太陽が宇宙天気に及ぼす影響
・太陽フレア・フィラメント噴出とコロナ質量放出
・コロナホールと高速太陽風について解説します。

太陽フレアNASAの太陽観測衛星「SDO」による太陽全面動画
波長94Åの極端紫外線で観測（先月末のX1.0フレア）

太陽の爆発現象－ フレア

太陽からの放射(電波～X線、高エネルギー粒子)が短時間の間に急激に増大する現象。

←地球のサイズ太陽フレアはどこで起きるか？
←地球のサイズNASA/SDO

コロナ
高度100万度
数1,000km～

太陽フレアはどこで起きるか？
←地球のサイズNASA/SDO

コロナ
↓高度
彩層
高度100万度
数1,000km～
1万度～2,000km

太陽フレアはどこで起きるか？
←地球のサイズNASA/SDO

コロナ 100万度↓高度 数1,000km～
彩層
1万度↓高度 ～2,000km
光球上部 4,000度
高度 500km

太陽フレアはどこで起きるか？
←地球のサイズNASA/SDO

コロナ 100万度↓高度 数1,000km～
彩層1万度↓高度 ～2,000km
光球上部 4,000度↓高度 500km
光球6,000度
太陽表面

太陽フレアのエネルギー源 ― 黒点
←地球のサイズ• 磁場が非常に強い領域• 複雑な形状の黒点の集まりが出現すると、蓄積した磁器エネルギーが解放され大規模な太陽フレアが発生する。
NICTでは、黒点の形状や磁場強度の時間変化から太陽フレアの発生を予測し、宇宙天気予報として情報提供を行っている。

NASA/SDO

https://swc.nict.go.jp/forecast/深層学習を用いた太陽フレア予測

衛星観測によるリアルタイムの太陽情報を深層学習で構築されたネットワークに入力することで、今後24時間以内の太陽フレア発生予測を行う。

より精度の高い太陽フレア予測

余談ですが…

日本で初めて望遠鏡を用いて黒点を観測した人物

国友 一貫斎 (1778-1840)近江国国友村(現滋賀県長浜市国友町)
日本で最初の実用空気銃や反射望遠鏡を製作
月や惑星、太陽の観測

http://www.kusastro.kyoto-u.ac.jp/~tomita/vmuseum/kunitomo/kunitomo.html

国友望遠鏡(グレゴリー式反射望遠鏡)
口径60mm 鏡筒長 334mm

一貫斎が天保年間に残した黒点スケッチ集

閑話休題…

太陽の11年活動周期と宇宙天気

一貫斎の観測時期

太陽表面に出現する黒点の数は約11年周期で増減を繰り返す。
黒点の磁場がエネルギー源である太陽フレアの発生数も同様。
2021年11月現在、太陽活動度は上昇している途上にある。
国立天文台で観測された太陽黒点画像の早送り動画 これから迎える太陽活動周期がどのようになるか、多くの研究者が予測を立てている。
(1997年～2014年)

閑話休題…

太陽の11年活動周期と宇宙天気

一貫斎の観測時期

太陽表面に出現する黒点の数は約11年周期で増減を繰り返す。
黒点の磁場がエネルギー源である太陽フレアの発生数も同様。
"Progress in Solar Cycle Predictions: Sunspot Cycles 24–25 in Perspective".
2021年11月現在、太陽活動度は上昇している途上にある。
Sol Phys 296, 54 (2021).

国立天文台で観測された太陽黒点画像の早送り動画 これから迎える太陽活動周期がどのようになるか、多くの研究者が予測を立てている。
(1997年～2014年)

太陽フレアによる人間社会への影響※太陽フレアが直接的に引き起こす影響• X線、ガンマ線や高エネルギー粒子の放射量増大→宇宙飛行士や高空飛行中の飛行機への被ばく• X線や紫外線放射量の増大による電離層中の電子密度増大→短波通信障害（デリンジャー現象）• 衛星軌道における高エネルギー粒子密度増大→衛星障害

NICTでどのような情報を提供しているか航空機高度の宇宙線被ばく線量をリアルタイムで推定※１年間に受ける日本人の平均被ばく線量は5.98ミリシーベルト(原子力安全研究協会調べ)

航空機高度12,000m

航空機高度の宇宙線被ばく線量をリアルタイムで推定※１年間に受ける日本人の平均被ばく線量は5.98ミリシーベルト(原子力安全研究協会調べ)

高度 94kmデリンジャー現象のリアルタイムモニタリング
太陽からのX線放射強度のデータから、デリンジャー現象の発生状況をリアルタイムで公開している。

また、日本各地でのイオノグラム観測で、常時デリンジャー現象の発生をモニタリングしている。

詳しくは「電離圏編」でプロトン現象に関する臨時情報
太陽からの高エネルギー粒子密度が増大した際に自動的に速報が通知される。

太陽フレアにＮＩＣＴがどう対応しているか• NICTは衛星観測などのリアルタイムデータを昼夜監視し、太陽フレアの発生予測を行っている。
• 深層学習などの最新技術も取り入れ、太陽フレア予測の精度向上を日々目指している。
• 太陽フレアに伴う被ばくやデリンジャー現象、高エネルギー粒子に対しても、NICTの宇宙天気予報HP（ https://swc.nict.go.jp/）でのリアルタイム通知に加え、メールによる臨時情報の発信も行い、ユーザーのもとへいち早く必要な情報を届けるよう努めている。

フィラメント噴出現象＆コロナ質量放出

フィラメント噴出現象
太陽大気中に浮かぶプラズマの塊(フィラメント)が宇宙空間に向けて噴出する現象。
フレアに付随して発生する場合もあるが、黒点が存在しない場所(静穏領域)のフィラメントが噴出する場合もある。
多くの場合、次に説明するコロナ質量放出を伴う。

NASA/SDO←地球のサイズNASA/SOHO

コロナ噴出現象（CME）
太陽コロナガスが、磁力線を引き連れて宇宙空間へ噴出する現象。フィラメント噴出現象に伴って発生することが多い。
太陽地球方向に噴出したコロナ噴出現象は、地磁気嵐を引き起こす可能性がある。
2021年11月2日に発生したCME「フルハロー型CME」

①

太陽

②

③

2021年11月1日に発生したCME

太陽

詳しくは「太陽風編」で地球

フルハロー型CMEの軌道

コロナホールコロナホール

X線で観測できる太陽大気に、あたかも大きな黒い「穴」が開いているように見える現象。
コロナホールでは太陽の磁場が宇宙空間に向けて開いており、コロナガスは磁力線にとらわれずに高速太陽風として宇宙空間へ流れ出すことができる。
高速太陽風の到来予測および地磁気への影響予測も、宇宙天気予報にとって重要な要素である。

シミュレーション(REPPU)による太陽の磁力線の再現

まとめ• 「太陽編」ということで、宇宙天気の最上流となる太陽で発生する現象について解説。
• 太陽フレア• 太陽で発生する爆発現象。黒点の磁場エネルギーが源。
• 黒点形状や磁場の観測データから、深層学習も用いて精度の高い太陽フレア予測を達成しつつある。
• 被ばくやデリンジャー現象、高エネルギー粒子の到来についても、NICTの宇宙天気予報HPでの通知に加え、臨時情報でリアルタイムの情報提供を行っている。

• 太陽で発生するその他の現象（詳細は次の「太陽風編」にて）• フィラメント噴出現象• 太陽大気中に浮かぶプラズマの塊(フィラメント)が宇宙空間に向けて噴出。

• コロナ質量放出• コロナガスが太陽の磁力線を伴って放出される現象。
• 地球に直撃した場合、地磁気嵐が発生する可能性がある。

• コロナホール• 太陽からの高速なプラズマ流「高速太陽風」の源。
• やはり地磁気嵐を引き起こす要因のため、精度の高い予測が不可欠。

ありがとうございました。