2013年2月2日 第６回宇宙ユニットシンポジウム	  「人類はなぜ宇宙へ行くのか」（30分＋10分）	  人類はスーパーフレアを	  生き延びられるのか	
柴田一成	  京都大学理学研究科附属天文台	  京都大学宇宙総合学研究ユニット	
Collaborators:	  	  	  H.Maehara,	  H.	  Isobe,	  	  A.	  Hillier,	  A.	  Choudhuri,	  	  	  	  	  	  	  	  	  	  	  	  	  	  	  	  	  	  	  	  	  	  	  	  	  	  	  	  	  	  	  T.	  Ishii,	  T.	  Shibayama,	  S.	  	  Notsu,	  	  	  	  	  	  	  	  	  	  	  	  	  	  	  	  	  	  	  	  	  	  	  	  	  	  	  	  	  	  Y.	  Notsu,	  T.	  Nagao,	  S.	  	  Kusaba,	  S.	  Honda,	  D.	  	  Nogami	  	  		  Nature	  	  (2012年5月17日)	  	  	  	Superﬂares	  on	  Solar	  type	  stars	  		  H.	  Maehara,	  	  	  T.	  Shibayama,	  S.	  	  Notsu,	  Y.	  Notsu,	  T.	  Nagao,	  S.	  	  Kusaba,	  S.	  Honda,	  D.	  	  Nogami,	  K.	  	  Shibata			contents	
• スーパーフレアとは？	  
• 太陽型星のスーパーフレア	  • スーパーフレアが起きると地球はどうなるか	

Maehara	  et	  al.	  (2012)	  	  Nature	  485,	  478	  	  	  	  	  	  	  Superﬂares	  on	  Solar	  Type	  Stars	  Shibata	  et	  al.	  (2013)	  PASJ,	  vol.	  65,	  in	  press	  	  	  	  	  	  	  Can	  Superﬂares	  Occur	  on	  Our	  Sun	  ?	  	スーパーフレアとは？	

フレアの強度	  X線強度で分類	
• 分類名
X線強度
X10クラスフレアの エネル
ギー	  
•X線強度を１とすると（erg)	  •Cクラス 10^(-­‐6)	  W/m^2	   小フレア
0.001
10^29	  •Mクラス 10^(-­‐5)	  W/m^2 中フレア
0.01	  	  	  	  	  	  	  	  	  	  10^30	  •Xクラス10^(-­‐4)	  	  W/m^2	  	  	   大フレア
0.1	  	  	  	  	  	  	  	  	  	  	  10^31	  •X10クラス 10^(-­‐3)	  W/m^2	  	   巨大フレア
1	  	  	  	  	  	  	  	  	  	  	  10^32	  	  • 	  	  X100クラス 10^(-­‐2)	  W/m^2	  	  超巨大（スーパー）	  フレア10	  	  	  	  	  	  	  	  	  	  	  	  10^33	  • X1000クラス 10^(-­‐1)	  W/m^2	  	  スーパーフレア100	  	  	  	  	  	  	  	  	  	  10^34	  • X10000クラス 1	  W/m^2	  スーパーフレア
1000	  	  	  	  	  	  	  10^35	  • X100000クラス 10	  W/m^2	  スーパーフレア
10000	  	  	  	  	  	  10^36	  	  	  	  	  	  	  	  	  	  	  	  	  	  	  	  	  	  	  巨大フレアの発生頻度（GOES	  クラス分類：X線強度で分類）	
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年 X	  	  	  M	  	  	  C	  -­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐	  1989	  59	  620	  1929	  1990	  16	  273	  2262	  1991	  54	  590	  2653	  1992	  10	  202	  1922	  1993	  	  0	  	  74	  1142	  1994	  	  0	  	  25	  	  336	  1995	  	  0	  	  11	  	  148	  1996	  	  1	  	  	  4	  	  	  81	  1997	  	  3	  	  21	  	  286	  1998	  14	  	  94	  1188	  1999	  	  4	  170	  1854	  2000	  17	  215	  2223	  2001	  21	  310	  2101	  Ｃクラスフレアは１年に１０００回	
Ｍクラスフレアは１年に１００回	
X線強度が１０倍に	Ｘクラスフレアは１年に１０回	なると発生頻度が	
Ｘ１０クラスフレアは１年に１回	  １０分の１になる	
Ｘ１００クラスフレアは１０年に１回	,,,	Ｘ１０００００クラスフレアは１万年に１回？	

The	  Most	  Powerful	  Solar	  Flares	  Ever	  Recorded	  	  h_p://www.spaceweather.com/solarﬂares/topﬂares.html	
••••••••••••-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐	  Ranking	  Day/Month/Year	  X-­‐Ray	  Class	  -­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐	  1	   04/11/03 	  X28+	  	  2	   02/04/01	   X20.0	  	  2	   16/08/89	   X20.0	  	  3	   28/10/03	   X17.2	  	  朝日新聞夕刊トップイベント	  4 	  07/09/05	   X17	  	  5	   06/03/89	   X15.0	  	  5	   11/07/78	   X15.0	  	  6	   15/04/01	   X14.4	  	  7 	  24/04/84	   X13.0	  	  7 	  19/10/89	   X13.0	  	  8 	  15/12/82	   X12.9	  	  歴史的有名なフレア	• 1859年9月1日 X? 人類が最初に見たフレア	  （キャリントン・フレア） 200年間で最大の磁気嵐	  • 1989年3月13日 X4.6 カナダケベック州大停電イベント	  • 1994年2月20日 M4.0	  	  リレハンメル冬季オリンピック中継中断	  • 2000年7月14日 X5.7	  (Basclle	  day	  ﬂare) あすか衛星故障	  • 2001年4月10日 X2.3（Asai	  ﬂare)	  • 2003年10月28日 X17.2	  	  朝日新聞夕刊イベント	  • 2006年12月13日 X3.4	  Hinode	  ﬂare	  人類が最初に見たフレア	  （キャリントン・フレア）	  	  (1859年9月1日 午前11時18分 ）	
英国の天文学者キャリントンが黒点スケッチ中にフレアを発見。
白色光フレア	  • 友人を呼びに行っている間に消滅。継続時間はわずか5分間	  • 英国のホジソンも観測	  • 翌日、巨大オーロラ発生。
キューバ、バハマ、ジャマイカ、	  ヨーロッパと北米の電信機システムで	  ハワイでもオーロラ	  火花放電が起こり、火事が多発	  過去200年間で最大の磁気嵐	  （Loomis 1861）		  	  (>	  1000	  nT＝0.01	  G	  )	  	  h_p://en.wikipedia.org/wiki/Solar_storm_of_1859	磁気嵐が原因で発生した1989年3月13日の	  カナダ・ケベック州の大停電	  （600万人が9時間停電の被害を受ける）	

このときの太陽フレアは数年に1度の大フレア（X4.6)、	  磁気嵐の強さ	  	  ~	  	  540	  nT、被害総額は数100億円以上	
ニュージャージー州の変圧器故障	  h_p://www.stelab.nagoya-­‐u.ac.jp/ste-­‐www1/pub/ste-­‐nl/Newsle_er28.pdf	

オリンピック中継の中断	  （１９９４年）	

X線天文衛星「あすか」の故障と落下	• 2000年7月14日のフレア（バスティーユ・デイ・フレア）にともなって発生した巨大磁気嵐により、極域の超高層大気が異常に加熱された。この結果、大気は急激に膨張し、高度４００	  ｋｍを飛行する「あすか」衛星にはたらく大気抵抗は4倍に増加した。そのため、衛星全体にトルクがかかって、回転。太陽電池が太陽方向から傾いて、電源供給ができなくなった。数か月後、「あすか」は大気圏に突入。	

バスティーユ・デイ・フレア	  （2000年7月14日）	

バスティーユ・デイ・フレア	  （2000年7月14日）	

2003年10月28日の太陽面爆発(太陽フレア)とそれによる磁気嵐	 

太陽フレアの発生頻度分布	
フレア	  発生	  頻度	ナノフレア

1年に1000回	  1年に100回	  1年に10回	  1年に1回	  10年に1回	  100年に1回	  1000年に1回	  １万年に1回	

マイクロフレア

太陽フレア	  ？	  

最大級の太陽フレア	
スーパーフレア

フレア解放エネルギー		  	  	  	  	  	  	  C	  	  	  	  M	  	  	  X	  	  	  X10	  	  	  	  X1000	  	  X100000	  	太陽型星のスーパーフレア	太陽でスーパーフレアは	  起きるのか？	
• 若い星や自転速度の速い星では、スーパーフレアが頻発している	  • しかし太陽はすでに若くなく、自転速度も遅いので、現在は、それほど大きなフレアは起きないと予想される。	  
• と、最近まで思っていたが、、、	  	  驚くべき発見があった	通常の太陽型恒星におけるスーパーフレアの発見	  Schaefer,	  B.	  E.,	  King,	  J.	  R.,	  Deliyannis,	  C.	  P.	  	  ApJ,	  529,	  1026	  (2000)	

• 普通の太陽型恒星でスーパーフレア	  (最大の太陽フレアのエネルギーの10倍〜100万倍)	  を	  ９例発見	  • スペクトル型	  F8-­‐G8 の主系列星	  • 自転速度は遅い（太陽程度）、若い星ではない	  9例のスーパーフレア	
Schaefer	  et	  al.	  (2000)	  ApJ	  	  529,	  1026	

ただし、たった9例なので、どこまで一般性があるか？	  
どこまで信用して良いか？	

もし、同じ統計が成り立つならば	
• 最大級の太陽フレアの1000倍のスーパーフレアは、１万年に1回程度の頻度で起きる可能性がある。	  
• 太陽の望遠鏡観測は始まってまだ４00年。	  
• 太陽を1万年「観測」するにはどうすれば良いか？	  
• 太陽型星を1万個、1年間観測すれば、太陽を１万年観測したのと同等のデータが得られる！	
ケプラー衛星の観測データを使えば良い（関口さん）	

スーパーフレア探査開始！	
•系外惑星探査衛星「ケプラー」は、8万個の太陽型星を常時モニター観測している！ しかし、8万個の星の観測データを解析するのは大変。人手が必要	  ••そうだ！ ひまを持て余している、京大の1回生を動員しよう	  物理の授業で呼びかけた「誰か一緒にスーパーフレアを探しませんか？
どうせ君らは、ひまでしょ、、、」	  そしたら、5人の若者が集まった（柴山、野津、野津、長尾、草場）	  •••

それで観測された太陽型恒星のデータ中に、	  スーパーフレアの証拠を探してみた。	  
そしたら、365例のスーパーフレアを発見！	  	  2011年9月19日

天文学会秋季年会 ＠ 鹿児島大学	

太陽型星における	  スーパーフレアの発見Ⅰ	  	  ○柴山拓也、柴田一成、前原裕之、本田敏志、野上大作、 野津湧太、野津翔太、長尾崇史、草場哲(京都大学)、新井彰(京都産業大学)	

ケプラー 衛星	• 太陽系外惑星探査衛星	  • 惑星が中心星の前を通過するとき、星の明るさが少し減少する。それを検出することにより、惑星を検出。	  
• 95	  cm	  口径の反射望遠鏡	  • はくちょう座と琴座の	  15万星を常時モニター観測	  	  • 30分間隔の観測データを公開		  Nature	  	  (2012年5月17日)	  	  	  	Superﬂares	  on	  Solar	  type	  stars	  		  H.	  Maehara,	  	  	  T.	  Shibayama,	  S.	  	  Notsu,	  Y.	  Notsu,	  T.	  Nagao,	  S.	  	  Kusaba,	  S.	  Honda,	  D.	  	  Nogami,	  K.	  	  Shibata			京都新聞	  5月17日	

フィンランドの雑誌	  (２０１２年7月）	

ケプラー衛星によって観測された	  スーパーフレア（例１） 	
星の	  明るさ	  全エネルギー	  ~	  	  10^35	  erg	  （最大の太陽	  フレアの1000倍）	

時間（日）	
Maehara	  et	  al.	  	  (2011)	

ケプラー衛星によって観測された	  星の明るさの変動の原因は	  スーパーフレア（例２）	
何か？	
星の明るさ	  全エネルギー	  最大の太陽	  フレアの1万倍	  	Time	  	  (day)	
巨大黒点のある星の自転が原因？	  
Maehara	  et	  al.	  	  (2011)	

スーパーフレアの想像図

太陽フレア（実際の観測）2011年9月7日 X2.1フレア（京大飛騨天文台SMART望遠鏡）

フレア・エネルギー	  vs	  自転周期	
最大太陽フレアの	  エネルギーの	  1万倍	自転周期が	  10日以上の星	  	  	  	  太陽自転周期は約25日	

1000倍	

100倍	

10倍	
自転周期

1日

2日

10日 20日30日	  太陽でスーパーフレアは起こるか？
これまでの説l太陽型星でのスーパーフレアの必要条件の1つとして、ホットジュピター（星のすぐ近くを公転する木星のような巨大惑星）の存在が考えられていたl

太陽ではスーパーフレアは起こらない

この研究で分かったことl

スーパーフレアを起こす148星の中に惑星が発見された星は1つもない
全てのスーパーフレアがホットジュピターによって引き起こされているとするならば、10個程度は惑星を持つ星が見つかると予想される。
l
巨大フレアと関係のあるホットジュピターは稀lフレア	  発生	  頻度	太陽フレアとスーパーフレアの	  Maehara ら （2012）	  発生頻度分布	
Nature 	

ナノフレア

マイクロフレア

太陽フレア
最大級の太陽フレア	
スーパーフレア

フレア解放エネルギー		  	  	  	  	  	  	  C	  	  	  	  M	  	  	  X	  	  	  X10	  	  	  	  X1000	  	  X100000	  	フレア	  発生	  頻度	

太陽フレアとスーパーフレアの	  Maehara ら （2012）	  発生頻度分布	
Nature 	

最大級の太陽フレアの100倍	  〜1000倍のエネルギーのスーパー
ナノフレア
フレアは数千年に一回発生	  !	  	
マイクロフレア

1000	  in	  1	  year	  100	  in	  1	  year	  10	  in	  1	  year	  1	  in	  1	  year	  1	  in	  10	  year	  1	  in	  100	  year	  1	  in	  1000	  year	  1	  in	  10000	  year	太陽フレア
最大級の太陽フレア	
スーパーフレア

フレア解放エネルギー		  	  	  	  	  	  	  C	  	  	  	  M	  	  	  X	  	  	  X10	  	  	  	  X1000	  	  X100000	  	もし、最大級の太陽フレアの	  100倍〜1000倍のスーパーフレアが	  起きたら？	
• 全人工衛星故障？	  
• 宇宙飛行士・航空機乗員被曝？	  
• 全地球規模で大停電！？	  もし、最大級の太陽フレアの	  100倍〜1000倍のスーパーフレアが	  起きたら？	
• 全人工衛星故障？	  
• 宇宙飛行士・航空機乗員被曝？	  
• 全地球規模で大停電！？	  
• 福島原発事故クラスの事故が地球上の	  全原発で発生？	  
• 全地球規模で通信障害発生？	  スーパーフレアが起きたら	  地球はどうなるか？	
巨大フレア	  キャリントン・	  （1989年3月13日）	 フレア	  スーパー・	  フレア	  （1859年）	

（巨大フレアの100~1000倍）	

４ｍSv	

20ｍSv	

400〜4000mSv？	

地磁気嵐	

５４０ｎT	  （全米でオーロラ）	

１７６０ｎT	  （赤道帯でオーロラ）	

５０００〜	  １５０００ｎT？	  	

社会への影響	

ケベック州大停電	  電波通信障害	  気象衛星故障	  衛星放送停止	  電信局の火事	  ＞今起きたら	  中高磁気緯度の大停電	  
多くの衛星の故障	  地球規模の通信障害
GPS故障	  地球規模の大停電	  オゾン層破壊	  全衛星の故障	  地球規模の通信障害	  全航空機飛行停止	  船舶運航停止	  GPS停止	  38	ＩＴインフラの破壊	放射線	  
（航空機内の推定値）	

（被害総額数100億円以上）	  	（被害総額1兆〜2兆ドル）	

柴山ら 2012年天文学会秋季年会	

黒点数が少なくなれば巨大フレアは起こらなくなるか？	
• No！	  • 巨大フレアは黒点数が減少しつつある減衰期に起こることが多い	  太陽活動の長期変動と巨大フレア	  2010年3月19日朝日新聞	

100年ぶりの異常低下に伴って巨大フレアの	  	  	  	  発生頻度は今後どうなるのか？	  
太陽活動と気候変動の関係？	

←過去千年の	  太陽黒点活動	

太陽黒点数	

200	  マウンダー極小期	150	  

約100年ぶりに	太陽活動が異常低下	

ダルトン	  極小期	100	  
今後、太陽は	どうなるのか？	

50	  0	  1600	  1650	  1700	  1750	  1800	  1850	  1900	  1950	  2000	  西暦（年）	

巨大フレアの痕跡（氷床中窒素酸化物）	

41	

もし、1万倍〜３万倍のスーパーフレアが起きたら？	
• 三好博士（九州大）、品川博士（NICT)と共同研究	  • 最大級の太陽フレアの1万倍のエネルギーのスーパーフレアが起きると、太陽の明るさが2倍程度増加する可能性がある。	  
• そのときの地球の地表温度の変化を地球大気の大循環モデルを用いて計算した。	  
• 太陽が突然2倍明るくなり、2時間継続すると、砂漠（＋草原）地帯の温度は、5〜10度上昇。	  
• 3倍明るくなり、5時間継続すると、温度は〜40度上昇。	  	  温められた地表から激しい上昇気流（対流）が発生するだろう	  
それによって激しい横風が発生し、都市を破壊？	

地面温度変化の経度―緯度分布(コントロールランとの差）	
太陽フラックス2倍・継続時間2時間

太陽フラックス3倍・継続時間5時間

K

2時間後(08UT)

4時間後(10UT)

6時間後(12UT)

K

映画 ノウイング（2009年、米国）	
少年ケイレプは小学校の50年前の	  タイムカプセルの中から不思議な	  数字の羅列を持ち帰った。	  	  そこには（未来の）災害が記されて	  おり、1959年から始まり	  2009年で終わっていた、、、	  	  2009年には何が起こるのか？	  	  それは2009年に	  太陽のスーパーフレア	  で人類が絶滅するという	  恐るべき予言だった、、、	京大岡山3.8ｍ望遠鏡計画	

超巨大３０ｍ望遠鏡の基礎技術開発	
ガンマ線バーストなどの突発天体や系外惑星、太陽型星のスーパーフレアを探査、解明		  京大同窓生の藤原洋さんの資金援助（6億円）による産学連携により開始。3年後完成予定。	  
ただし予算が足りない	

ぜひ、ご支援を！	

まとめ	• 自転速度が太陽と同じくらいの太陽型星で、スーパーフレア（10^34-­‐10^36	  erg）が100例以上発見された。その統計的解析の結果、我々の太陽で、最大級のフレアの1000倍(10^35	  erg)	  のスーパーフレアは、およそ数1000年に一度の頻度で起こる可能性があることが判明した。	  	  ＝＞ 本当に起きれば、地球は大災害！	  
＝＞ただし、これでは人類は絶滅しない	  • 今後は、スーパーフレア星の分光偏光観測が重要＝＞3.8m望遠鏡	

ご清聴ありがとうございました