National Institute of Information and Communications Technology

第11回宇宙天気ユーザーズフォーラム 2016年6⽉14⽇（⽕）11:05-11:35

宇宙天気ミニ講座－磁気圏編－
情報通信研究機構 電磁波研究所
宇宙環境研究室⻑妻 努
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磁気圏概要2National Institute of Information and Communications Technology

磁気圏とは？

• 地球は磁場を持つ惑星の⼀つ(磁⼒線は北向き)。
• 太陽⾵の影響によって、磁⼒線が太陽と反対⽅向に引き伸ばされた磁気圏と呼ばれる領域を形成している。
• 地球磁気圏は⾼エネルギー粒⼦の侵⼊を妨げる役割も果たしている。 3

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太陽⾵に駆動される磁気圏対流• 太陽⾵磁場が南向きの時に、磁気圏対流が発達する。
• 磁気圏対流が発達することによって、磁気圏内を流れる電流は増加し、磁気圏内の環境は⼤きく乱れる。
短波レーダーによる磁気圏対流の観測例→

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地磁気嵐柿岡⽔平成分

磁気圏を流れる電流による変化

地磁気嵐時(UT)

太陽⾵速度が速く、強い南向きの磁場が⻑く続く時に⽣じる。 5National Institute of Information and Communications Technology

⾼速太陽⾵の源

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⾼速の太陽⾵が地球にやってくると、宇宙環境を乱すことがある。

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オーロラと地磁気電⼦の降り込み• オーロラは放電現象の⼀種。
• 磁気圏からの電流がオーロラを光らせる。
• 極域電離圏を流れる電流が地磁気変動を作り出す。

電流

磁場変動
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オーロラ・オーバル

オーロラは地球全体では極を取り巻くリング状（オーロラ・オーバル）に光っており、南北で同時に観測される。

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オーロラ電流による極域の磁場変動

南極昭和基地の地上全天カメラで観測されたオーロラ嵐（動画60倍速）

Dst指数

AE指数

AL指数 AU指数

オーロラ嵐(サブストーム)

⾚道環電流による中低緯度の磁場変動

オーロラが、爆発的に輝き全天を埋め尽くすように光る現象をオーロラ嵐(サブストーム)と呼ぶ。オーロラの源となる粒⼦の増加によって、衛星障害が引き起9National Institute of Information and Communications Technology

地磁気嵐と低緯度オーロラ

⼤きな地磁気嵐の際にはオーロラの領域が極域から低い緯度へと拡⼤し、北海道でも⾒られることがあります。

2015年の3⽉、6⽉と相次いで⼤きな地磁気嵐が発⽣し、北海道の名寄や稚内で⾚いオーロラが撮影されました。
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放射線帯とその変化
静⽌軌道•••

磁気圏内に、⾼エネルギー粒⼦が捉えられている領域があり、放射線帯と呼ばれている。内帯と外帯がある。
磁気嵐に伴い、放射線帯は激しく変化する。
放射線帯の電⼦が増加することで、⼈⼯衛星が故障する危11
険度が⾼くなる。

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低⾼度(850km)の放射線帯分布

陽⼦：800-2500keV

電⼦：300keV以上・南⼤⻄洋〜ブラジル上空にフラックスの⼤きな領域がある→South Atlantic Anomaly（SAA）
・CPUの誤動作（Single Event Upset）の要因。

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宇宙天気の影響
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2000年 あすか衛星障害（制御不能）
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

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2003年 ⾼エネルギー粒⼦によるDRTS衛星センサーの乱れ

平常時の太陽可視光観測（左）と障害発⽣時の太陽観測（右）静⽌軌道でモニターしているX線強度© JAXA

静⽌軌道でモニターしている⾼エネルギー粒⼦

データリレー試験衛星DRTS（こだま）が⾼エネルギー粒⼦によりセーフモードに切り替わった。

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2010年 ⽶国通信衛星Galaxy15障害
IMF南転約50分後

粒⼦増⼤

地磁気(AU)DATASET_5min (AE-inde

2000(nT)

1500
1000
5000

地磁気(AL)DATASET_5min (AL-index (5-m0(nT)

-500
-1000
-1500
-2000
-2500

太陽⾵(By)Galaxy15
オペレーション不可に

DATASET_5min (By, GS

10(nT)

0-10-20

太陽⾵(Bz)DATASET_5min (Bz, GS

20(nT)

100-10-20

太陽⾵Bz南転

太陽⾵

インジェ
クション

Current
Event

New
00:00

03:00

00：00UT

06:00

06:00UT

09:00

12:00

12:00UT

15:00

18:00

21:00

00:00

Exist

04/05/2010 - 04/06/2010 Time(UT)

Galaxy15障害発⽣
粒⼦増⼤

約90分後

NICTのGlobal MHDシミュレーションで再現されたオーロラ嵐に伴う粒⼦増⼤
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地磁気誘導電流（GIC）による障害－過去に発⽣した主な事例ー• 1989年3⽉13-14⽇ – カナダ・ケベックで停電。変圧器のダメー
ジ（約9時間）。600万⼈に影響し、復興に数ヵ⽉を要した。
• 2003年10⽉30⽇ – スウェーデン・マルメで停電（約5万⼈に影響）、南アフリカの変圧器に障害。

←誘導電流によってダメージを受けた変圧器
インシデントは⾼緯度地域が多いが、中・低緯度でも発⽣しうる。⽇本でも、宇宙環境によって送電線に誘導電流が流れる現象は観測されているが、 17⼤事には⾄ってはいない。

情報サービス
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地磁気活動の指標－K指数－

静穏時の⽇変化
地磁気の変動

じょう乱時の⽇変化

⽇報・週報等で⽤いている地磁気活動の表現とＫ指数の対応関係
⽇報等での表現
⼀⽇の最⼤K指数

Ｋ指数

静穏
やや活発
活発
⾮常に活発

Ｋ≦３
Ｋ＝４Ｋ＝５Ｋ≧６００ ０３ ０６ ０９ １２ １５ １８ ２１ ００
世界時（UT）

K指数：地磁気の乱れ（じょう乱）の⼤きさを対数的に数値化したもの。値は０〜９。世界時（UT）で3時間毎に導出（1⽇８個）。
⽇本における地磁気活動の現況把握には、気象庁地磁気観測所（柿岡）のデータ及びK指数を標準的に利⽤。
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静⽌軌道
放射線帯電⼦フラックスのレベル

静穏：1000 [/cm2 sr s]未満
やや⾼め：1000 [/cm2 sr s]以上
10000 [/cm2 sr s]未満
⾼め：10000 [/cm2 sr s]以上

現在は、2MeV以上の⾼エネ
ルギー電⼦のフラックスを基準にレベルを決定。
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地磁気活動27⽇チャート

http://kogma.nict.go.jp/cgi-bin/geomag-interface-j

地磁気活動が、太陽の⾃転周期である27⽇の周期性を⽰すことを元に作成したチャート。地磁気活動の中期変動の⽬安として有⽤。
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太陽地球環境情報チャート

http://hirweb.nict.go.jp/sedoss/solact3-j

活動領域の成⻑・衰退・X線フレア・太陽⾵・⾼エネル
ギー粒⼦（プロトン、電⼦）・地磁気活動を、太陽の⾃転周期である27⽇の周期性を⽰すことを元に作成した22チャート。宇宙天気の諸現象の関係を理解する上で有⽤。

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放射線帯電⼦フラックス予報
http://seg-web.nict.go.jp/radi/

静⽌軌道の電⼦フラックスの現況、及び1⽇〜3⽇先の予測情報を提供。観測BOXでは、電⼦フラックスの23
データに加え、太陽⾵や地磁気活動との⽐較ができる。

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静⽌地球環境観測衛星｢ひまわり8号・9号」
宇宙環境データ取得装置（SEDA）

陽⼦センサ
(計8個)

経度: 約140度
ひまわり8号 2014/10/07
ひまわり9号 2016年(予定)

電⼦センサー••Space Environment
Data Acquisition Monitor (SEDA)
陽⼦ センサー : 15-100 MeV (8ch.)
電⼦センサー : 0.2-5 MeV (8ch.)
時間分解能 : 10秒

気象庁からNICTへ準リアルタイムのSEDAデー
タを提供。現在、同データを宇宙天気の現況把握に活⽤しており、予測モデルの⼊⼒としても活⽤の予定。
計測開始は2014年11⽉3⽇から。現在計測デー
タの品質を確認し、データベース公開を準備中。
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参考URL• SWC宇宙天気情報センター– http://swc.nict.go.jp/• 太陽地球環境情報サービス– http://hirweb.nict.go.jp/index.html• 宇宙天気⾖知識– http://seg-web.nict.go.jp/e-sw/movie/swknowledge.html

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参考図書• 「太陽地球系科学」、地球電磁気・地球惑星圏学会学校教育ワー
キンググループ・編、京都⼤学学術出版会、3570円• 「太陽地球系物理学 変動するジオスペース」、国分征・著、名古屋⼤学出版会、6510円
26National Institute of Information and Communications Technology

参考図書(読み物⾵):「太陽からの光と⾵〜意外と知らない？太陽と地球の関係」, 秋
岡眞樹編・著, 技術評論社, 1659円(専⾨向け教科書):「総説 宇宙天気」,
柴⽥⼀成,上出洋介編・著, 京都⼤学学術出版会, 6300円
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