宇宙天気現象の源：太陽

光エネルギー

⾼温プラズマ・⾼エネルギー粒⼦

1

宇宙天気現象の発⽣と障害

宇宙天気予報• 宇宙環境の状態を監視・予測• 宇宙や電波を利⽤する社会インフラへのリスクを軽減

22

太陽活動の現状
⿊点相対数

太陽⿊点
極⼤期の太陽（2014年4⽉）

19

⿊点相対数
極⼩期の太陽（2019年12⽉）

2019年12⽉
第25太陽活動
周期始まる

20

21

22

23

24

現在

24

25

https://www.swpc.noaa.gov/products/solar-cycleprogression

2010年1⽉から2022年5⽉までの太陽活動変化（⾚線は予測値）

3

NICT宇宙天気予報業務
swc.nict.go.jp

北海道• 国内ユーザー︓衛星運⽤、航空、電⼒、測位、電波利⽤者、学術利⽤、等• 電⼦メール登録者︓7000件• Webアクセス︓70,000件/⽉• Facebook, Twitterでも情報提供中
NICT 本部

イオノゾンデ予報センター
副局

宇宙天気予報センター
兵庫

東京

太陽⾵観測
データ受信
システム最近の動向• ICAO サービスイン (2019/11/7〜)• 24時間運⽤ (2019/12/1〜)• 予報会議オンライン化（2020〜）

⿅児島

• 強靭化

沖縄

太陽電波観測システム•••

システムの⼆重化
通信回線増強神⼾副局4

国内の動向• 2022年1⽉から6⽉まで総務省「宇宙天気予報の⾼度化の在り⽅に関する検討会」開催、宇宙天気予報に関して分野横断的に国家としての観測・分析能⼒や対処の在り⽅等を検討。
6⽉21⽇に報告書が公表された。
https://www.soumu.go.jp/menu_news/s-news/01tsushin05_02000047.html• 本検討会の元に設置された「宇宙天気の警報基準に関するWG」において、「通信・放送」「測位」「衛星運⽤」「電⼒」「航空機⼈体被ばく」の分野について、宇宙天気がもたらす社会的影響の⼤きさも考慮した新たな宇宙天気の警報の種類・閾値や極端な宇宙天気現象がもたらす最悪シナリオについて検討。

宇宙天気予報の⾼度化の在り⽅に関する検討会報告書

極端な宇宙天気現象がもたらす最悪シナリオ （100年に1回またはそれ以下の頻度で発生）
前提条件（抜粋）

最悪シナリオ（抜粋）• 2週間にわたりX10クラス以上の太陽フレアが連続して発⽣し、そのうち最⼤のものはキャリントン・イベントを超えて太陽電波バース
ト、デリンジャー現象、電離圏嵐、プラズマバブルが継続的に発⽣Ø 通信・放送が2週間断続的に途絶し、社会経済に混乱。携帯電話も⼀部でサービス停⽌• 10MeV以上の⾼エネルギー陽⼦のフラックスが10,000PFU以上の状態が2週間にわたり断続的に、または100,000PFU以上の状態が数⽇間継続的に発⽣• ⼤規模な地磁気嵐が2週間にわたり断続的に発⽣、そのうち最⼤のものはキャリントン・イベントを超えるØ 衛星測位の精度に最⼤数⼗メートルの誤差（ずれ）が発⽣。ドローン等の衝突事故が発⽣
Ø 多くの衛星に障害が発⽣。そのうち相当数の衛星が喪失。衛星を⽤いたサービスが停⽌
Ø 航空機や船舶は世界的に運航⾒合わせが発⽣。運⾏スケジュールや計画に⼤幅な乱れ
Ø 耐性のない電⼒インフラにおいて広域停電が発⽣

5国内の動向 （続き）
宇宙天気予報の⾼度化の在り⽅に関する検討会報告書

社会的影響を考慮した新たな予報・警報基準の導⼊• 宇宙天気予報の⽬的は、ハザードを把握・予測することにより社会インフラにもたらされるリスクを軽減すること。
• このため、地震・津波における「マグニチュード」と「震度・津波警報」の関係と同様、宇宙天気の物理現象の規模に関するものだけでなく、社会インフラのリスク（被害）に着⽬した予報・警報も必要。
• このため、宇宙天気現象がもたらす社会的影響を考慮した新たな予報・警報の種類及び閾値を検討。その結果、 「通信・放送」「測位」「衛星運⽤」「電⼒」「航空機⼈体被ばく」 の5分野で計17種類の予報・警報のカテゴリを設定し、うち12種類については基準の閾値を策定。

現状

今後

https://www.soumu.go.jp/main_content/000813249.pdf

6

国内の動向 （続き）
宇宙天気予報の⾼度化の在り⽅に関する検討会報告書

国家レベルの危機管理に向けた提⾔（⾻⼦）
今後の観測・分析・予報の在り⽅l 多地点の観測データの確保、宇宙空間への観測センサー設置
l 宇宙天気予報の分析の⾃動化・⾼精度化・知能化

警報に関する体制強化

l 社会インフラのリスク（被害）を考慮した新たな警報基準、NICTによる確実な警報伝達

社会インフラへの影響と効果的な対処

l 関係企業による対処（通信・放送、衛星測位、衛星運⽤、航空運⽤、電⼒、⼈体被ばく）
l 共通的対策の導⼊（企業向けの標準的ガイドライン 等）
l 災害対策基本法に基づく極端な宇宙天気がもたらす災害への対処

学術研究の強化、⼈材とコミュニティの強化、国際連携の強化

l 分野横断的・産学官連携による研究推進、予測技術の実現、⾼度⼈材等の育成・処遇
l 周知啓発を担うコミュニティ形成、宇宙天気に関するアウトリーチ活動
l 「宇宙天気予報⼠」制度の実現

情報通信研究機構（NICT）に期待される役割
l 世界トップレベルの研究拠点形成、企業が抱える課題の解決⽀援
l 国際連携強化、⼈材育成とコミュニティ形成、データ・プラットフォーム構築（オープンデータ）
l 宇宙天気予報オペレーションセンター（仮称）の創設
https://www.soumu.go.jp/main_content/000813249.pdf7

NICT宇宙天気予報の研究開発
⽬的︓宇宙天気予報精度向上とニーズに即したサービス提供

太陽太陽⾵

磁気圏・電離圏

観測︓衛星・⾶翔体による定常宇宙天気監視の検討
国際協⼒のもと地上観測の拡充

課題

予測︓観測と数値予報モデルを⽤いたデータ同化⼿法の開発による精度向上
過去の観測結果を教師データとしたAIを⽤いた経験モデル開発
提供︓ユーザーとの対話によるニーズの調査
ユーザーニーズに即したアプリケーションの開発、情報提供

⽬標必要とされる情報を必要とされる頻度・精度で必要とされるユーザーに提供

準天頂衛星によるアジア・オセアニア域での⾼精度測位

発展

⼈⼯衛星・⽉・深宇宙探査への宇宙環境情報提供
宇宙天気災害ベンチマーク作成による防災・減災

8

NICT宇宙天気予報の研究開発衛星による宇宙天気監視の検討

予測のためのシミュ
レーショ
ン・
データ同化

国際協⼒のもと観測の拡充

ユーザーニーズに即したアプリケー
ション・情報提供

102017年9月6日X9.3フレア• 2017年9⽉6⽇ ⽇本時間 20:53 、規模にして11年ぶりとなる X9.3 太陽フレア発⽣。
• 同時に発⽣したコロナガスは、地球⽅向に到来が予想されたため、翌７⽇にNICTからプレスリリース発出。
• GPS、短波通信に影響があったほか、電離圏嵐、地下誘導電流が観測された。
• 多数のメディアで記事が掲載された（TV 60、新聞 271、ウェブニュース779）

2017年9⽉8⽇記者発表会

⿊点群2673

SDO衛星で観測された太陽画像（左︓可視光、右︓紫外線）

SOHO衛星で観測されたコロナガス11

宇宙天気の影響事例：通信障害• 2017年9⽉6⽇X9.3など10⽇までに連続的にフレア発⽣。昼側領域で強いデリンジャー現象が複数回発⽣。
• 当時カリブ海では超⼤型ハリケーンのイルマ等の複数のハリケーンが連続して発⽣し、カリブ海諸国に甚⼤の被害を発⽣させていた。デリンジャー現象の影響により、現地で緊急災害対応を⾏っていた⽶国連邦緊急事態管理庁（FEMA）等の関係者の短波通信の全⾯的な途絶が発⽣した（9/6午前中〜午後、9/10⼣⽅3時間程度）• 同時期、ブラジルとフランス領ギニアの沿岸を⾶⾏していたフランスの⺠間航空機においては、約90分間にわたり航空無線の連絡が途絶した。航空機は管制官-パイロット間データ通信装置（CPDLC）を搭載していない機であったため混乱を引き起こした。
Redmon, R. J., Seaton, D.B., Steenburgh,R., He, J., &Rodriguez, J. V. (2018). September2017ʼs geoeffective space
weather and impacts to Caribbean radio communications
during hurricane response. Space Weather, 16.
https://doi.org/10.1029/2018SW001897.
[朝⽇新聞DIGITAL 2018年8⽉28⽇記事]

12宇宙天気の影響事例：衛星運用
地磁気嵐によりSpaceX社 Starlink
衛星40機を喪失（2022年2⽉8⽇）• 2⽉3⽇ ファルコン9により、フロリダ州のケネディ宇宙センターから49機のStarlink
衛星を地球低軌道に打ち上げ、⾼度210㎞の所定の軌道に投⼊した。
• 2⽉4⽇ 地磁気嵐の影響を⼤きく受ける。地
磁気嵐の影響により⼤気が加熱され、低⾼度での⼤気密度が増加。⼤気抵抗がこれまでの打ち上げ時より最⼤で50%も増加。
• 抵抗を最⼩限に抑えるためにセーフモードに移⾏するが、セーフモードから離脱して軌道の⾼度を上げることができず、最⼤で40機の衛星が⼤気圏に再突⼊した。
https://www.spacex.com/updates/

13

宇宙天気の影響事例：電力システム
地磁気誘導電流（GIC）による電⼒システムの障害（右図）1989年3⽉に発⽣した過去50年間で最⼤級の強い地磁気嵐伴う誘導電流のために焼損した⽶国ニュージャージー州の発電所のトランス（PSG & E 提供）

発生時期

障害の内容

1940年3月24日

米国ミネアポリスの電力網で保護リレーの不要動作

1958年2月10-11日

北米・カナダの電力網で保護リレーの不要動作（カナダのトロントで停電）

1972年8月4日

北米・カナダの電力網で保護リレーの不要動作

1989年3月13日

カナダのケベックで保護リレーの不要動作により、約9時間の停電：約600万人に影響

1989年3月

米国ニュージャージ州で発電所のトランスの焼損

2001年11月6日

ニュージーランドのSouth Island Power Networkで保護リレーの不要動作

2003年10月30日

スウェーデンのマルメで保護リレーの不要動作により、約1時間の停電：約5万人に影響

2003年10-11月

南アフリカ共和国の電力網でトランスの焼損

14過去最大の巨大太陽フレアの影響
キャリントン級太陽フレアの経済的損失の試算
領域• 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)→ 電信線の帯電、電信オフィス発⽕• 2012年7⽉には、キャリントン級の太陽フレアが発⽣• 運良く地球の⽅向を外れたため、影響はなかった

被害推定額（兆円）

⽶国、カナダ12.8〜16.4

スカンジナビア、
英国

2.9〜3.7

独・仏・伊・スイス・
オーストリア

7.4〜9.5

欧州全体

10.2〜13.2

⽇本

4.1〜5.3

豪州

0.7〜1.0

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

• 東⽇本⼤震災（10〜25兆円）に匹敵。

15

米国の動向• 宇宙天気を地震や津波などの⾃然災害と並べ、⽶国戦略的国家危機評価の⼀つとして検討。
• 2015年10⽉ホワイトハ
ウスより、「国家宇宙天気戦略」「宇宙天気アクションプラン」が発表された。
• 2020年10⽉、トランプ
⼤統領が、⽶国の宇宙天気予測能⼒と対策・連携強化する超党派法案に署名https://spacewx.com/news/proswift-act/16

英国の動向• 2021年9⽉、英国ビジネス・エネルギー・産業戦略省
は、甚⼤な宇宙天気現象へに備え、今後5年間を⾒通した対処戦略「深刻な宇宙天気への対処戦略」を策定。
（前回2015年に「宇宙天気戦略」を発表）
Ø ESAのL5衛星ミッションへの⽀援、宇宙天気とその影響を予測する能⼒を向上するための研究加発投資、社会インフラへの影響の理解等促進。
Ø 深刻な宇宙天気現象に対する対処計画の策定、産業界の宇宙天気への耐性を⾼めるための対策・演習を実施
Ø 対処計画の迅速な実施、性格な情報の産業界・⼀般市⺠への周知https://www.gov.uk/government/publications/uksevere-space-weather-preparedness-strategy

17

国連の動向• 国連防災機関（UNDRR）と国際学術会議（ISC）が共同で、2019年5⽉に仙台防災枠組に関連するハザードの全容を明らかにするための技術作業部会を設置。ハザードリストを2020年に発⾏。
• 2021年10⽉に公表された詳細なハザードリストにおいて、宇宙天気は8つの⼤分類のうちの⼀つ「地球外ハザード」に細分化して位置付けられた。

UNDDR発⾏
ハザードリスト（2020年）

地磁気嵐

電離圏嵐
短波通信障害太陽嵐

https://council.science/publications/hazard-information-profiles/

UNDDR発⾏
ハザード詳細定義（2021年10⽉）

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国際民間航空運用• 国際⺠間航空機関（ICAO）は特に極域における通信・測位・被ばくの影響を懸念、21世紀初頭より宇宙天気情報の⺠間航空での利⽤を検討。
• ICAOは3つのグローバル宇宙天気センターを指名【US, 欧州連合(PECASUS) 、⽇豪仏加連合（ACFJ）】。 2019年11⽉より⺠間航空に対しサービス開始。2021年11⽉より中露連合（CRC）がグローバルセンターとして参⼊。2週間ごとにその役割を交代する。

短波通信のみが可能な領域• センター間のデータの共通化を⽬指し、NICTにサーバーを構築、情報共有・検討を主導して実施。
ICAOグローバル宇宙天気センター
Finland

US

CRC

UK
Austria

Australia

Belgium
CyprusGermany
Italy
Netherland

PolandChina
RussiaPECASUS

ACFJ

2週間交代で主センターを交代

CanadaFrance
Japan

OPMET

アドバイザリ
AFTN

19

衛星による宇宙天気監視の検討
衛星帯電センサ

太陽高エネルギー
陽子センサ開発

放射線帯電子センサ• 内閣府の宇宙開発利⽤加速化戦略プログラム（スターダストプログラム）「ひまわりの⾼機能化研究技術開発」は国⼟交通省（気象庁）と総務省の連名で提案。R3年度 気象庁1.3億円、総務省1.2億円、R3から3年間の計画。
• 総務省「令和３年度情報通信技術の研究開発︓ひまわりの⾼機能化研究技術開発」にNICTと東京都市⼤学の共同提案が採択（9⽉）、EM開発を推進中。
• FM製造・打ち上げ・定常運⽤を実現するための枠組みを検討。
ひまわりの高機能化技術開発（EM開発）
2021〜（期間：3年間）

FM開発・統合試験

打ち上げ 運用・サービス開始

2024

2028（予定）

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衛星ユーザー向けアプリケーション
衛星帯電評価リアルタイム表⽰システム︓SECURES
https://aer-nc-web.nict.go.jp/ssc/

衛星表⾯帯電評価
衛星が密集する静⽌軌道のプラズマ環境を抽出し、衛星帯電モデルと組み合わせて、帯電状況を評価。
(#衛星スペックは模擬的なものを使⽤)

リアルタイム磁気圏シミュレーション

静⽌軌道⾯を切り開いた図+
任意の位置を選択するとプラズ
マ環境抽出、その位置での表⾯帯電評価【出⼒イメージ】
位置︓6.6Re, 磁気緯度10度、経度135度
電⼦密度・温度︓1/cc、10keV
イオン温度・密度︓1/cc、20keV
表⾯帯電値︓800eV

衛星帯電モデル→「ひまわりの⾼機能化研究技術開発」で進める静⽌軌道の宇宙放射線・衛星帯電量計測計画と、磁気圏・放射線帯モデルの⾼度化を進め、衛星事業者等ユーザーのニーズに沿う⾼精度な情報を提供

21

国際協力のもと観測の拡充
NICT宇宙天気観測網• 国際協⼒による宇宙天気観測網や衛星観測により、太陽・太陽⾵、磁気圏及び電離圏の状態をリアルタイムに監視。
• 宇宙天気の状況を迅速かつ正確に把握する技術を研究開発。

22

地上観測：国内定常電離圏観測
イオノゾンデ国内定常電離圏観測• 1930年代より電離圏観測開始し、良質で⻑期的なデータを持つ世界有数の観測拠点。
• 1〜30MHzの間で周波数を掃引しながら電波を上空に送信し、電離圏エコーを観測し、電⼦密度⾼度分布を計測する。
• 2020年より観測間隔を15分から5分に向上。

VIPIR2型
イオノゾンデTX

RX

⾒かけの⾼さ(km)• AIを利⽤して電離圏電⼦密度⾼度プロファイルを⾃動導出。
観測データ

600

400
200
1105
周波数(MHz)23

地上観測：GNSS電離圏全電子数観測
GNSS受信機網を利⽤した電離圏全電⼦数（TEC）観測

経路上のTECを測定

国⼟地理院のGNSS
受信機網 （GEONET）

TEC絶対値•

電波の周波数に応じた屈折率の変化を利⽤し、GNSS衛星の2周波のデータから、電波経路上の全電⼦数（TEC）を測定。

•

GNSS受信機網のリアルタイムデータを利⽤し、⾼空間解像度で⾯的な電離圏の観測データを提供。

電離圏擾乱指数 GPSロック損失率

約1300点プラズマバブル24

国際協力のもと観測の拡充
東南アジア域電離圏観測網（SEALION）(SouthEast Asia Low-latitude IOnosphericNetwork)• ⾚道域で発⽣し⽇本まで到達し得るプラズマバブルなどの低緯度域電離圏現象を観測するため、国際協⼒のもと東南アジア域に電離圏観測網を構築。
• NICTのASEAN IVOプロジェクトを活⽤し、タイが主導して周辺国へGNSS受信機を設置するなど、観測網が広がりつつある。
25

国際協力のもと観測の拡充
GNSS測位の安定利⽤に向けたプラズマバブル監視

プラズマバブル⽣成のシミュレーション[Yokoyama et al., 2015]• プラズマバブルが発⽣する磁気⾚道に近いタイ・チュンポンへプラズマ
バブル監視⽤VHFレーダーを設置（2020年1⽉）。
• イオノゾンデ、GNSS受信機、VHFレーダーを利⽤したプラズマバブル
監視及びGNSS測位の安定した利⽤に向けた指標や補正技術の研究開発を進める。
26

GAIAデータ同化モデルの実運用化
GAIAモデル更新（極域・太陽放射線入力）

評価・データ同化

低軌道衛星
GNSS掩蔽観測

データ同化手法・観測データの更新

GNSS-TEC観測GAIAモデルの高機能化

イオノゾンデウェブでの可視化・公開•

⼤気圏・電離圏結合モデル（GAIA）の空間分解能向上など⾼度化を進めるとともに、データ同化モデルプロトタイプを開発。

•

観測データを⼊⼒パラメータとして、宇宙天気予報のためのGAIAデータ同化モデルの実運⽤をＲ7年度までに開始。
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電波伝搬ユーザー向けアプリケーション
電波伝搬シミュレータ︓HF-START
http://hfstart.nict.go.jp/•

任意の2地点間における短波帯電波伝搬のリアルタイム推定が可能な電波伝搬シミュレータウェブツール。過去の⽇時も指定可能。

•⽇本上空版の電⼦密度分布は、GEONETを利⽤したリアルタイム電離圏トモグラフィーにより導出。

•全球版は、GAIAによるリアルタイム電離圏データを利⽤。1⽇先までの予測も可能。
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太陽電波観測・太陽風観測
太陽電波観測・太陽⾵観測データ受信システム
L1地点 太陽⾵監視機

太陽⾵DSCOVR
太陽電波
直径16mレドーム内に直径8mパラボラアンテナ

観測データ直径11mのパラボラアンテナ

受信機
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により、リードタイムの延伸をはかる• DSCOVR観測データを受信• 精度の⾼い太陽⾵情報を取得• 世界最⾼⽔準の広帯域を超⾼時間分解能を持つ太陽電波望遠鏡により、太陽フレア発⽣を約8分後に検知、早期警戒態勢をとる。
• L1地点に位置する⽶国・DSCOVR探査機により取得される精度の⾼い太陽⾵観測データを、国際協⼒により24時間途切れることなく取得・共有。
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太陽電波スペクトル解析
太陽電波スペクトル解析によるCME発⽣・到達予測
衛星観測画像(SOHO)

低太陽
表⾯
からの⾼
さ

太陽電波スペクトル

太陽フレアが発⽣し、強い電波が観測された時に観測される電波スペクトル

⾼CME噴出⽅向識別⇒ CMEの⾒かけの速度スペクトルの傾き(⾃動検出化)⇒ CMEの視線⽅向速度• 太陽フレアが発⽣し、強い電波が観測された時に観測される電波スペクトルの傾きを⾃動検出、太陽コロナ質量放出（CME）の視線⽅向の速度を推定。
• 太陽フレア発⽣検知（約8分後）に地球へのCME到来予測が可能。

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コロナガス到来予測モデル
太陽の⾚道⾯のガスの流れの速度分布

衝撃波を形成して流れるガスの3次元構造• 太陽表⾯の磁場の分布と太陽コロナの観測に基づいた数値シミュレーション
を⾏い、太陽からのガスの流れの速度と磁⼒線の3次元構造を導出。
• 太陽コロナガスが地球へ到来する前に、複数のパターンのシミュレーションを実⾏してアンサンブル予測を⾏うことで、CMEの太陽から地球への伝搬過程を推定し、地球への影響を予測する。

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予報の数

実際の発生頻度

太陽フレアAI予報モデル

予報確率
確率予報信頼度の大幅向上に成功。
[Nishizuka+2020ApJ]•

SDOの太陽画像データセット（30万枚）と深層学習法を⽤いた太陽フ
レア予報モデル DeepFlareNetを開発。宇宙天気予報での議論に利⽤。

•

さらに、予報信頼度向上させたAI予報モデルの開発を進めるとともに、磁気圏や電離圏への応⽤を進めていく。
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航空機被ばく推定アプリケーション
太陽放射線被ばく警報システム︓WASAVIES
https://wasavies.nict.go.jp/

中性⼦モニタの線量率時間変化
航路別の被ばく線量率（成⽥ーNew York）

航空機⾼度の被ばく線量率• GOES Proton fluxと地上の中性⼦モニタのリアルタイム観測データから⼤気中の任意の点における被ばく線量率を表⽰するシステム• 1⽇1回更新、GLE発⽣時は5分ごとにデータを更新。GLE発⽣時は、発⽣時刻からの線量率の時間変化が確認可能。
• ICAO宇宙天気センターにおけるアドバイザリ発出に寄与。

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ユーザーとの対話・ニーズ調査l 宇宙天気ユーザーズフォーラム• 宇宙天気情報の正しい使い⽅の講習・啓発活動• ゲストスピーカーによる講演• 広く⼀般に制限なく参加可能

l 宇宙天気ユーザー協議会• PSTEPにおいて、宇宙天気情報についてユーザーとの双⽅向コミュニケーションを形成するために2015年に設⽴。

第14回宇宙天気ユーザーズ
フォーラム(2019.11.11）• 宇宙天気情報に関するニーズ・シーズマッ
チングおよび関連アプリケーションのフィードバック等の活動を実施。
• 2021年11⽉から、分野毎に深い議論を継続的に⾏い、ニーズ・シーズマッチングやビジネス化の検討を加速するため、分科会体制（衛星分科会、航空分科会、アウトリーチ分科会）へ移⾏。

第8回宇宙天気ユーザー協議会(2020.2.21)

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