2016年の宇宙天気平成28年6月14日
国立研究開発法人 情報通信研究機構
宇宙環境研究室長
石井 守
1

本日の内容• 「宇宙天気」とは？
• 最近の宇宙天気状況• 宇宙天気に関わる最近のNICTの活動• 宇宙天気に関わる国際および国内動向• 宇宙天気ユーザーニーズ調査中間報告2

What is “Space Weather?”「宇宙天気」とは？

32016年6月10日（金）フジテレビ「とくダネ！」
4
Blogより引用

目に見える宇宙天気 オーロラ

2016年6月11日 南極昭和基地のオーロラ

5

宇宙天気

2

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
7

今も起こるキャリントン級の爆発
現在キャリントン級の現象が起こった
時の経済的損失の見積もり
Regions

2012年7月23日に、キャリントン級のフレアが発生。地球方向を外れたため影響はなかった。

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

参考：東日本大震災の経済損失:
100,000-250,000 （百万ドル）

Reference: SWISS Re, Space Weather Workshop
2014, April 8-11, 2014, Boulder US.
8

NICT宇宙天気予報センター

Webアクセス数: 158,057件/月
e-mail登録数：9,271件
Facebook、Twitterでも情報発信

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
9Recent Space Weather condition

最近の宇宙天気状況

10太陽活動の現状

黒点相対数

太陽黒点

2015年1月1日の太陽

2000年1月から2019年1月までの太陽活動変化（赤線は予測値）
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デリンジャー現象
発生日
2015/01/13
2015/01/302015/01/30
2015/02/04
2015/03/03
2015/03/06
2015/03/07
2015/03/09
2015/03/10
2015/03/14
2015/03/17
2015/03/25
2015/05/05
2015/06/14
2015/06/21
2015/06/25
2015/08/21
2015/08/27
2015/08/30
2015/09/28
2015/09/29
2015/10/04

発生時間 原因となったフレアの規模4:30-5:15
0:45
5:45
2:15
1:30-1:45
4:15-4:30
22:15-22:45
23:45-0:00
3:30
4:45
23:45
4:45
22:15
1:00
1:45-2:45
8:15-9:00
2:15-2:30
5:45
3:00-3:30
4:00
5:15
2:45

M5.6/2B M4.9
M2.0
M1.7
M1.2/2N
M8.2/SB
M3.0 LDE
M9.2 LDE
M5.8/2NM5.1/2B
M1.3
M1.0
C8.7
X2.7
M2.0/SF
M2.0 M2.6
M7.9/3B LDE
M1.2/1F
M2.9
M1.4
M3.6
M2.9/SF
M1.0

現在もっとも最近に起こったXフレア（2015年5月5日）の時のデリンジャー現象

12スポラディックE層

山川は2015年8月31日～9月16日の間機器故障により欠測
13太陽活動変動と大規模な宇宙環境変動

インターネットの普及

GPS実利用太陽黒点
相対数

宇宙環境変動の大きさ（Ap指数）

超高圧送電網の普及・拡大

西暦
ここ数10年間はあまり大規模な宇宙環境変動は頻発していない。しかし、過去にはより規模の大きな宇宙環境擾乱が発生していたことが知られている。観測史上最大の宇宙環境変動（100年に1度のレベル）は1859年9月に発生している。
→太陽活動の状況によっては、より大きな宇宙環境変動による社会インフラへの大規模な影響が起こりうる可能性2015年11月にスウェーデンで太陽嵐のために1時間以上航空運用ストップ

15

Recent NICT Activity for Space Weather

宇宙天気に関わる最近のNICTの活動
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NICT宇宙天気予報のための技術

極東磁力計・HFレーダー
観測網
国内電離圏定常観測・
太陽観測
昭和基地
での電離圏観測

イオノゾンデ太陽・太陽風観
測
磁力計

SEALION

HF レーダ

宇宙天気観測網
宇宙天気シミュレーション技術
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NICT太陽監視システム

NICT小金井本部（東京都）

山川電波観測施設（鹿児島県）

太陽電波望遠鏡

太陽風観測データ受信システム
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NICT太陽監視システム概要
Web,電子メールによる宇宙天気情報の提供

太陽風

太陽風監視機 (ACE,DISCOVR)
太陽電波

観測データ

レドーム内には直径8mのパラボラアンテナ
受信機

データ解析

直径11mのパラボラアンテナ
受信機

高精度情報

迅速な情報

太陽電波望遠鏡

太陽風観測データ受信システム

・太陽面爆発現象の早期発見とその地球への影響の見積もりにより、リードタイムの延伸をはかる・平磯から山川へのシステム機能の移設

・ACE/DISCOVR観測データを受信
・リードタイムは短いものの精度の高い太陽風情報を取得
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イオノゾンデ更新
VIPIRのイオノグラム

8ch Rx Antenna Array• 米国NOAAで開発・利用されている
VIPIRは、8ch受信アンテナにより、XOモード分離がされている。
• SNR表示モードで背景ノイズ除去可能。
• Linuxベースソフトウェア制御の多彩な観測モード。

東南アジア電離圏観測ネットワーク
 King Mongkut's Institute ofTechnology Ladkrabang (KMITL) National Institute of Aeronautics andSpace (LAPAN)

 Chiang Mai University (CMU)• SEALION(South-East
Asia Low-latitude
Ionospheric
Observation Network)
プラズマバブルを中心とする赤道域電波伝搬障害を研究する目的で2003年より
NICTが構築

イオノゾンデGPSシンチレーション
GPS全電子数

チェンマイ

磁力計

バンコク
チュンポン

 University of San Carlos (USC)セブ

全天大気光カメラ

バクリウ
プーケット

コトタバン

磁気赤道

赤道

 Hanoi Institute of Geophysics,
Vietnamese Academy of Science andTechnology (VAST)
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西太平洋上空の電離圏観測

現存するHF-TEPシステム（大洗）

日本・豪州間のHF・VHF帯の電波伝搬の方向探査を定常的に行い、プラズマバブルに伴う伝搬異常からその位置を推定するリモートセンシング手法を開発

新規VHF-TEPシステム（山川）22地表から電離圏までの天気予報モデル
電離圏擾乱予測のための地球全体の数値モデル

細かい乱れを再現する局所数値モデル

電離圏（高度300km）

地表の温度• 電離圏は太陽の影響とともに、地表近くの気象にも大きく影響を受ける。
• 電離圏の天気予報をするためには、地表の天気を取り入れた予報モデルを作る必要がある。
• NICTは地球全体を見渡すとともに、細かい変化をとらえるモデルづくりを進めている。

23

経験的放射線帯予測による静止軌道衛星の位置での宇宙環境情報の提供

24太陽画像の機械学習によるフレア予報単純な黒点
穏やか
太陽X線モニタリング

複雑な黒点
フレアを起こしやすい・・・のような判断を、AIにさせる。

抽出した特徴量の分布とフレア発生の関係

log 磁気中性線の本数 [個]Yohkoh衛星, 軟X線

衛星データは1日に1.5TB以上取得され、(10年前の約1000倍)、観測データが膨大。
人の処理能力を超えている。

● Xフレアが1日以内に起こった例● Mフレアの例● フレアなし

log 磁気中性線の合計長さ [pix]磁場画像
ベクトル磁場太陽面爆発フレア(水爆の1億倍) が発生すると、地球に大きな影響を及ぶので、今後1日の太陽活動を予測したい。

磁気中性線

過去5.5年分の3x10^5枚の太陽画像を学習データとする。

機械学習(A.I.)
各領域毎の1日以内のフレア発生確率
X○%
M○%

情報発信26

国立科学博物館（上野）特別展「ヒカリ展」に協力

2014年10月28日～2015年2月22日

27

International and Domestic Activity for Space Weather

宇宙天気に関わる国際および国内動向28

ISES: 国際宇宙環境サービス(18か国が加盟。ESAがCollaborative Expert Centerとして参加)
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。

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。

ワルシャワ（ポーランド）
ボルダー （米国）

ルンド（スウェーデン）モスクワ（ ロシア）

エクセター（英国）

北京（中国2機関）ブリュッセル（ベルギー）

オタワ（カナダ）

NICT

プラハ（チェコ共和国）
グラーツ（オーストリア）

ＩＳＥＳ本部（NOAA)

ジェジュ（韓国）

メキシコシティ（メキシコ）

東京（日本）

ニューデリー （インド）
バンドン （インドネシア）

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。

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世界の宇宙天気（運用）関係組織
宇宙平和利用委員会（UN/COPUOS）

Long-Term Sustainability WG
2011~2014
Regular session 2015~

国連
国際民間航空機関（ICAO)
世界気象機構（WMO)
国際科学会議（ICSU）ISWI (International Space Weather Initiative) WG
2009~2011

国際宇宙環境サービス（ISES）IAVSWOPSG (International Airways Volcano
Watch Operations Group) 2009~
WG-MISD (Meteorological Informationand Service Development) 2015~
ICTSW (International Coordinate Team forSpace Weather) 2009~
Space Weather Workshop(NOAA)
European Space Weather Week
Asia-Oceania Space Weather
Alliance (NICT) 2010～30

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。
2020年代には、宇宙天気情報が航空運用に不可欠な情報として使用される見込み

短波通信のみが可能な領域

短波通信

衛星測
位
被ばく

航空運用
31

Space Weather Sub-Group Activities
No. Activity

Predecessor

3.1 Revised Space Weather Concept ofOperations for endorsement by theMET Panel

Due DateMay 2016

3.2 Space weather information
performance requirements forendorsement by the MET Panel

3.1

June 2016

3.3 Space Weather Center selection
criteria for endorsement by the MET
Panel

3.2

July 2016

3.4 Proposals for Amendment of ICAO
Annex 3 with respect to space
weather information

3.1

September 2016

3.5 Space Weather Information Manual

3.1 and 3.2

September 2017

6/16/201632

アジアにおける宇宙天気研究活動のイニシャティブ••••••••AOSWA: アジア・オセアニア宇宙天気アライアンス（Asia-Oceania SpaceWeather Alliance）
キックオフ: 2010年10月に5か国で開始
目的： 宇宙天気の運営および研究に関する情報交換
現在13か国26機関が参加
第1回会合:2012年2月22-24日,
タイ・チェンマイ
第2回会合: 2013年11月4-7日,
中国・昆明
第3回会合：2015年3月2-5日,
日本・福岡
第4回会合：2016年10月24-27日,韓国・済州島
33

各国の対応 ～米国の場合～
宇宙天気を地震や津波と並べ、米国戦略的国家危機評価 （USStrategic National Risk Assessment）の一つとして検討
2015年10月 ホワイトハウスから国家宇宙天気戦略が発表

NASA太陽嵐の地上電力網への影響をシミュレーションするために、6か所のテストサイトを新設
出典：IEEE spectrum

35

ヨーロッパでは極端宇宙天気現象に対する鉄道運行への対策を始める

36

宇宙天気の電力網への影響は極域だけではない！

37

各国・保険機関が相次いで宇宙天気の経済インパクトを発表

ロイズ社曰く、太陽嵐に最も脆弱な都市は「東京」国内連携の新しい枠組み構築• 科研費：新学術領域研究「太陽地球圏環境予測」• A01班「双方向宇宙天気予報システムの構築」
大学・研究機関等

検証・評価

ニーズの提供モデル・観測の提供

使いやすい情報の提供• 国内の主要な宇宙天気名古屋大
関連研究機関が参加

ユーザー

東北大
放医研、原子力研、JAXA、気象研

京都大九州大
NICT

国立天文台,電気通信大、極地研、電子航法研、武蔵野美大
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宇宙天気の学術研究と利用の関係
学術的研究対象
太陽

惑星間空間

実用化に向けた研究対象
影響

磁気圏・電離圏
磁気圏擾乱

コロナホール

衛星帯電

高速太陽風

社会被害・ニーズ
衛星運用障害

放射線増大
人体被ばく
CME/CIR

プラズマ雲

電離圏擾乱
X線

大学・研究機関

衛星軌道変化
衛星測位誤差増大・受信不能

死の谷

太陽フレア

死の谷

高エネルギー粒子増大

高エネルギー粒子増大

有人宇宙活動への障害航空運用障害
測位利用障害

超高層大気膨張
電離圏電子密度変動
下部電離圏異常電
離電離圏電流増大

短波通信障害通信・放送障害
電力網への障害

誘導電流

官公庁・企業

地下電気伝導度分布
研究の必要性：宇宙天気の未解明のプロセスの研究。大学等との連携による新たな知見の探求

NICTは宇宙天気において学術と実利用をつなぐ我が国唯一の組織

宇宙天気情報の必要性：利用者が業務を遂行する上で不可欠な情報となってきている
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PSTEPで構築されるプロダクト

電波伝搬シミュレータのサンプル

テーラーメイド宇宙天気Prompt Report of User Needs Research for Space Weather Information

宇宙天気ユーザーニーズ調査
中間報告
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宇宙天気におけるニーズ・シーズマッチング調査• ヒアリング期間: 2016年2月5-18日• 18機関・21人• Questioner on the paper, email phone and F2F meeting
種別
利用

通信・電力測位

衛星資源
被ばく
運用探査

その他

合計

14(4) 21人中

アンケート

8(3)

0

13(1)

11

ヒアリング

3

102006

合計

111

15

1120

うち電話1電波伝搬シミュレータ構築におけるギャップ解析• ニーズ・シーズ間ギャップ– 分解能: 時間分解能は達成可能 (数分） 空間分解能（数ｋｍ）については供給困難。どこまで妥協可能か?
– 測位誤差は機器依存性がある。どういう情報を提供するべきか？
– 反射については計算可能。散乱・吸収については課題• ユーザーへの問い– どのような形で情報提供を受けたいか？

衛星帯電におけるギャップ解析• 「テーラーメイド宇宙天気」開発における課題– それぞれの不具合の原因ごとの議論が必要; 表面帯電・内部帯電、トータルドーズ、シングルイベント– 宇宙天気状況の時間変化をどう扱うか？
– 耐電の履歴をどう扱うか？
– 宇宙天気状況と不具合の関係をどう定量化するか？

• ユーザーへの問いかけ– どの位のレベルの宇宙天気現象までを考慮に入れているのか？

• 研究者への問いかけ– どの位のレベルの宇宙天気現象で現存の衛星は壊れうるか？

電力網への影響におけるギャップ解析• 日本では、宇宙天気の電力網への影響（GIC)は通常の場合ほとんどないと言って良い。
• では、どのレベルになると影響が現れ、ユーザーの対応が必要になるのか?
• 研究者への問いかけ– 太陽フレア・CMEとGICの定量的関係– 極端現象でGICはどこまで大きくなりうるか？
– どのくらい前に知り得るか？

• ユーザーへの問いかけ– GICがどの位になると危険なレベルか？
– どんな対策を取り得るか?
– どのくらい前に知りたいか?

まとめ• 太陽活動は2013年頃をピークにサイクル24の衰退期に入り、2020年頃に底を打つ見込み。
• その一方で、過去の例では衰退期にも大きな宇宙天気現象が起こっている例もあり注意は必要。
• 現在の高度ICT社会において、キャリントン級のイベントが発生した時の経済効果は莫大。米国をはじめ他国ではその対策を国家が進めている。
• 我が国の対応としては、研究者と事業者が協力し、宇宙天気現象の定量的な影響を見積もり、「正しく怖がり」適切な対応マニュアルを作成することが重要。

目に見える宇宙天気 オーロラ

宇宙ステーションから撮影されたオーロラと大気光 [http://eol.jsc.nasa.gov]
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