宇宙天気現象による脅威と安心・安全
情報通信研究機構
宇宙環境インフォマティクス研究室長

石井 守

本日のトピックス• 宇宙天気とは• 社会インフラへの影響• 宇宙天気に関連する国際動向• 宇宙天気最近の動向• NICTの宇宙天気研究• まとめWhat is “Space Weather”?

宇宙天気とは• 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。
4

5

5

宇宙天気のターゲット

宇宙環境に起因する衛星障害

静止衛星(300以上)

電離層（電離圏）の電波伝搬障害

5緊急報道発表

新聞記事

TV報道
• 5/17：– TBS NEWS23– フジTV スーパーニュース– 日テレ NEWS EVERY• 5/18：– 日テレ NEWS ZERO

記録上最大の宇宙天気現象
キャリントンイベント (1859年9月1-2日)• 送電線が帯電• 電信オフィスが発火• 非常に明るいオーロラが発生し、夜でも新聞が読めた

もし現在キャリントン級の現象が起こったら？
経済的損失の計算
Regions

BestWorst

米国、カナダ

128,808

163,866

スカンジナビア、英国

28,90337,210

独・仏・伊・
瑞・墺

73,934

95,185

欧州全体

102,837

132,395

日本

41,74653,745

豪州

7,617

9,806

• 潜在的・地球レベルの影響は本計算に含んでいない• 東日本大震災の経済
損失: 100,000-250,000（百万ドル）

Unit; 百万ドル
Reference: SWISS Re, Space Weather
Workshop 2014, April 8-11, 2014, BoulderUS.

米国は宇宙天気を地震や津波と並べ、米国戦略的国家危機評価（US Strategic National Risk Assessment）の一つとして検討

Influence on social infrastructure

社会インフラへの影響

13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15

あすか衛星障害（制御不能） 2001年
2000年7月に強い地磁気嵐によって地球大気が膨張し、大気摩擦によりあすか衛星の姿勢制御ができなくなった。その結果、観測を継続できなくなり、2001年3月に衛星運用を終了した。

©JAXA/ISAS

NICT Hiraiso

X線天文衛星あすか

朝日新聞 2001.1.27

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”）

19

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）• 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
通常状態の短波伝播

太陽フレア発生時

デリンジャー現象発生時のイオノグラム

How does the other countries think about space weather?

宇宙天気政策をめぐる国際動向

ISES: 国際宇宙環境サービス(14か国が加盟。ESAがCollaborative Expert Centerとして参加。)
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。

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他、独自の宇宙天気数値予測モデル（太陽風、磁気圏、電離圏）の開発を実施。
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）北京（中国）

ブリュッセル（ベルギー）

NICT
プラハ（チェコ共和国）

ジェジュ（韓国）

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。

23

宇宙天気に関する国際会議数の推移
18
16
14
12

ICAO

10

CGMS
UN/COPUOS

8ICTSW(含テレコン)

6

ISES WS

4

20

2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013

宇宙状況認識（Space Situation Awareness: SSA)
• 米国軍事要求から発生• 宇宙開発利用の包括的な安全安心のための状況認識– 検討開始 米国：20世紀後半、欧州：2006年ESA– 我が国では2013年1月の「宇宙基本計画」の改正で盛り込まれる• 具体的対象– スペースデブリ– 宇宙天気– 地球近傍天体（小惑星・隕石）

世界の宇宙天気（運用）関係組織

宇宙平和利用委員会（UN/COPUOS）

国連

国際科学会議（ICSU）ISWI (International Space
Weather Initiative) WG
2009~2011

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

国際民間航空機関（ICAO)IAVSWOPSG (International
Airways Volcano Watch
Operations Group) 2009~

世界気象機構（WMO)ICTSW (International Coordinate
Team for Space Weather) 2009~

国際宇宙環境サービス（ISES）Space Weather Workshop(NOAA)
European Space Weather Week
Asia-Oceania Space Weather
Alliance (NICT) 2010～26

宇宙天気情報の航空機運用への利用義務化•••

国際民間航空機関（ICAO)第3付属書：航空機の運行責任者等に提供しなければならない
気象情報を規定。
現在、宇宙天気情報を含めるよう第3付属書の改定が進められている。
宇宙環境インフォマティクス研究室は長年培ってきた宇宙天気の知見を活かし、データ提供への寄与を目指して企画戦略室と連携し、総務省、気象庁と検討を進めている。

背景• 航空運用において、宇宙天気情報は通信・測位・被ばくの3つの点で重要• 通信：短波通信のみ利用可能な極域において宇宙天気現象による通信途絶が発生しうる。
• 測位：宇宙天気現象による測位誤差増大、衛星測位の使用不能• 被ばく：太陽宇宙線の増大による極域航路での被ばく短波通信のみが可能な領域

ICAO宇宙天気センター• 航空機関への情報提供を行うセンターは領域ごとに設定される見込み• 日本としての対応を関係機関と調整中

27

2014年2月
ICAO国際航空路火山監視運営部会にて検討
承認

2014年7月

ICAO気象部門会合
承認

2016年秋頃

ICAO総会反映

国内航空法改正

航空機の宇宙天気情報利用

How is Space Weather recently?

宇宙天気現象の最近の動向

1860年以降の太陽黒点数
黒点数25021 22200

23150

2024

16

12
100
5001860

80

1900

20

40年

6080

2000

20

第11期(1855年)以降の活動周期を比較
200

黒点数 100

24002

4

68

10年

1214

16

18

第24期と第23期の活動周期を比較

黒点数

23
100

24
008

10

12

14

16年

18

20

22

第24期と第12期の活動周期を比較

黒点数

100

12

24
008

1012

14

16

年

1820

22

第24期と第16期の活動周期を比較

黒点数

100

16
24
008

1012

14

16年

182022

1976年以降の黒点数とフレア発生数
150

黒点数

100
500
4000
3000

C1以上

2000
1000
060

X1以上

40
2001975

1980

1985

1990

1995

2000

2005

2010

2015

1932年以降のKp指数(1年平均)の変化
43210
1930

1950

1970

年

1990

2010

1932年以降のKp指数(1年平均)の変化
4

3

210
1930

1950

1970

年

1990

2010

What does NICT do for space weather?

宇宙天気に関するNICTの取り組み

－電波警報から宇宙天気予報へ－
短波による長距離通信の時代

宇宙開発・利用の時代

有線ネットワークによる通信の時代
S. Korea

電波警報の国際組
織IUWDS（現ISES）発足。地域警報セン
ターとして加盟。
短波通信に対する電離圏の影響を通報・予報する「電波警報」を実施。

1962年

1950年代1940年代電波研（RRL）

1988年

太陽活動が電離圏に与える影響の研究が盛んに。

通総研（CRL）

世界に先駆け、 「宇宙天気予報の研究開発」に着手。
1995~ 米国National Space Weather Program
2002~ ESA Space Weather Application Pilot Project

情報通信研究機構（NICT）
38

NICT 宇宙天気予報センター
ISES 予報センター間の予報情報およびデータの交換・共有実時間宇宙天気モニタリング観測
シミュレーション結果
スタッフ：パーマネント
職員10名、有期研究員４名、技術員・補助員等５名• フレア予測• 地磁気活動予測• 高エネルギー粒子予測• 短波電波伝搬状況予測
NICT 宇宙天気予報センター
太陽活動や地球周辺の宇宙環境の現状と予測をWeb,電子メール、RSS、FAX等により配信。大規模現象時にはプレスリリース等でも注意を喚起。

Webアクセス数:
158,057件/月（2013年5月）
e-mail登録数：
9,271件（6/20現在）
FAX登録数：17件（6/20現在）

国内の主なユーザ：衛星運用機関、航空関係機関、電力事
業者、短波利用機関、物理探査事業者、大学・研究機関等
学術機関、アマチュア無線 等
39

中期計画およびその先の目標 衛星障害
• 電離圏電波伝搬障害の予報技術• 静止軌道上電磁環境の予報技術• その先にあるものは・・・

通信障害– 自然由来の電磁環境の把握と対策– 1000年に一度の極端現象（超巨大フレア）の際の国民生活への影響
を科学的な見地からシミュレーションし必要な対策をとるための助言を行う（無用な不安を解消する）。
– 人工由来のEMCと連携し総合的な電波利用の安心・安全を実現

EMC•人工由来の不法・不要電波の他機器・人体への影
響•防護のための標準化・指針策定

宇宙環境•自然由来の電波の衛星・電子機器・人体への影響•影響評価・明確な警報基準の策定

安定な電波の利用

41

NICT Space Weather monitoring network

magnetometerFar east magnetometer & HF radar
networkSoutheast Asia
ionospheric observation
network (SEALION)

Ionosonde

Ionosonde
ACE receiver(Syowa, Antarctica)

HF radarDomestic operational
ionosphereobservation network,
Satellite receiver &solar radio telescope

Solar radio Telescope

Example movie of extreme event
N=100 [/cc], V=745 [km/s], By= 4.3 [nT], Bz= -24.3 [nT], T= 2*10^5 [K]（dynamicpress.x80）

2min/step improvement of robustivity makes possible to calculate extreme event

Watching ionosphere with GPSRelationship between space weather and earthquake/tornade

GPSでみる電離圏～地震・竜巻と宇宙天気～

GPS受信機網による2次元TEC観測

GPS衛星の軌道と視野内衛星数 [from Wikipedia]。

国土地理院GEONETのGPS受信機分布図（約1,240点）。

稠密なGPS 受信機網と視野内にあるすべてのGPS 衛星を用いることで、高い空間解像度で広範囲に面的な電離圏観測が可能である。

世界のGPS地上受信機分布

2014年1月現在、オンラインでデータ取得が可能な地上GPS受信機は、世界に6,000点以上存在する。
NICTでは、これらのGPS受信機データを収集、TECデータに変換し、データベースを構築している。

高空間分解能GPS-TEC観測
RegionJAPAN# of GPS Rec. ~1,200 receivers

N. America~2,700 receivers

Europe~1,200 receivers

Detrended
TEC Map(60-minWindow)
Nighttime
MSTID

DaytimeMSTID

Nighttime
MSTID[Tsugawa et al., 2007a].

[Tsugawa et al., 2007b].

[Otsuka et al., 2012].

3.11東北地震後の電離圏変動

地震から約37分後の鉛直TECマップ[Saito et al., 2011]• 地震発生の約10分後から、電離圏震央（×印）を中心として、鉛直TECの急激な減少が観測された。

• この急激なTEC減少領域は、電離圏震央付近のみに見られ、1時間以上続いていた。

地震後に観測された電離圏変動の解釈



電離圏で観測された同心円状の波の第一波（約3.5km /秒）は、レイリー波（表面波）で励起された音波によるもの。

第2、3波の波は、津波波源（または電離圏震央）の海面で励起された音波が、直上の電離圏下部で起こした大気重力波によるもの。

第4波以降の200m/sの遅い波は、津波波面で励起された大気重力波によるもの。



電離圏震央付近のTEC減少は、津波波源で発生した大気変動による電離圏プラズマの磁力線方向の移流が主要因。

電離圏震央付近の４分周期のTEC振動は、海面－電離圏下部の音波共鳴によるもの。

2013年5月20日のムーア竜巻
 19:45UT(14:45現地時間）にオクラホマ州ムーアで発生
 改良藤田スケールで最高レベルのEF5(風速90m/s以上に相当) 約40分間で、約2kmの幅を保ち約30㎞移動
 2つの小学校を含む多数の建物を倒壊させ、24人の死者と240人の負傷者を出した。

[http://en.wikipedia.org/wiki/2013_Moore_tornado]

GPS-TECとGOES衛星赤外線雲画像の比較[Nishioka et al., GRL, 2013]• 継続時間が長く、長距離伝搬する同心円状の波動が観測された。
• 振幅は背景TECの1％程度。

つくばでの竜巻発生 03:35UT (12:35JST)

まとめ• 宇宙天気は今、学術的興味から実利用へニーズが移りつつある。
• 2009年ごろから始まった現在サイクルでは太陽活動は低目推移、但し「過去に例がない」レベルではない。一
方、今後の推移がこのまま低く推移するかは分からない。例えば近年最大の18、19サイクル級が来たとき、今の社会インフラの耐久性で十分か？
• 学術と実利用の両輪を進めることでしかこの疑問に答えることはできない。
• 今回の低レベル推移は天が人類に与えた猶予期間かもしれない。