気候変動と太陽活動	
東京大学理学系研究科地球惑星科学専攻	
多田隆治	

1. 過去の太陽活動の指標とその原理	  2. 気候変動と太陽活動の相関	  3. 気候変動と太陽活動のリンケージ	

2010-­‐02-­‐22-­‐24森羅万象学校	

１．過去の太陽活動の指標とその原理	
1.1	  太陽放射とその変動	
1.1.1太陽放射度変動	
1.1.2太陽活動と太陽黒点	
1.1.3太陽電波フラックス（F10.7）とその変動	  1.2	  銀河宇宙線フラックスとその変動	
1.2.1	  太陽活動、太陽磁場変動と銀河宇宙線フラックス	
1.2.2銀河宇宙線フラックスと宇宙線起源放射性元素	
1.2.3	  太陽活動と14C濃度変動	
1.2.4太陽活動と10Be濃度変動	  1.2.5	  14C濃度変動と10Be濃度変動の比較	
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1.1	  太陽放射とその変動	

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1.1.1	  太陽放射変動	

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(from Encyclopedia of Earth)	

可視〜紫外線領域の太陽スペクトルとop1cal	  depth	

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(Lean et al., 1997JGR)	

太陽ＵＶ放射変動
振幅の波長による違い	
200-300 nmで 1.1%
300-400 nmで 0.25%	

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(Lean et al., 1997JGR)	

太陽総放射照度に対するUV放射の割合も、太陽活動変動と共に変化する	

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(Lean et al., 1997JGR)	

1.1.2	  太陽活動と太陽黒点	白斑	

黒点	(Lean and Foukal, 1988)	

(Lean and Foukal, 1988)	

Wolfの黒点相対数の定義	
R	  =	  k(10g	  +	  s)	  R:	  黒点相対数	  g:	  黒点群の数	  s：個々の黒点数	  k:	  	  観測地点や方法に依存する定数	  20100223-­‐24森羅万象学校	

太陽総放射照度と年間平均黒点相対数	

0.1%	

(Damon and Sonett, 1991)	

太陽黒点の時代変動と太陽黒点周期	

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Wolf	  sunspot	  numberとGroup	  sunspot	  number	

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(Muscheler et al., 2007 QSR)	

太陽黒点数変動と、太陽黒点周期変動	
太陽活動が活発な時期にSchwab cycleの周期が短くなる	

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(Friss-­‐Christensen	  and	  Lassen,	  1991)	  1.2.3	  太陽電波フラックス（F10.7）とその変動	

（ www.oulu.fi/~spaceweb/textbook/f107.html ）F10.7cm	  ﬂuxと黒点数の相関	F10.7 index とは、波長10.7 cm (2.8GHz) の太陽電波強度を太陽フラックス ユニットで表したもの（１太陽フラックス ユニッ
ト＝10-22 W m-2 Hz-1）。
UVと 10.7 cm 太陽電波は、ともに太陽コロナから放射されていると言われ、その強度の代替指標として使われる。

Material Prepared by Richard Thompson. ©
Copyright IPS - Radio and Space Services. 	
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1.2	  銀河宇宙線フラックスとその変動	
1.2.1	  太陽活動、太陽磁場変動と銀河宇宙線フラックス	
1.2.2銀河宇宙線フラックスと放射性元素	
1.2.3	  太陽活動と14C濃度変動	
1.2.4太陽活動と10Be濃度変動	  1.2.5	  14C濃度変動と10Be濃度変動の比較	
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1.2.1	  太陽活動、太陽磁場変動と銀河宇宙線フラックス	

www8.ocn.ne.jp/˜yohsuke/mag̲storm̲0.htm

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太陽磁場が太陽系への銀河宇宙線の侵入を抑制している	

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NASA HPより） 	
(heliophysics.org/headlines/y2009/29sep̲cosmicrays.htm

宇宙線	

• 90%は陽子(proton)	  • 10%弱がα線（ヘリウム核）	  • 1%弱がβ線（高エネルギー電子）やγ線（波長が10pm以下の電磁波：原子核内のエネルギー準位の遷移による）	

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（東大宇宙線研究所ＨＰより）	

月平均黒点数変動と南極での中性子計による宇宙線強度変動の関係	

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Bartol Res.,Uni. of Delawareのページから	中性子計のデータは1950年以降、balloonやioniza1on	  chamberによる測定で1937年までたどれる	

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(Muscheler et al., 2007 QSR)	

1.1.2	  銀河宇宙線フラックスと宇宙線起源放射性元素	
銀河宇宙線	
太陽活動
（太陽磁場変動）	

太陽風	
地球磁場	

Production rate calculation uncertainty	

上層大気	

放射性核種(14C, 10Be, etc)生成	Carbon cycling	
Incomplete mixing
Transport anddeposition processes 	

記録媒体への放射性核種取り込み	20100223-­‐24森羅万象学校	

中性子計	

宇宙線による14Cの生成	

（桜井、1990)	

宇宙放射線起源放射性核種生成を制御する要因	

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(Muscheler et al., 2007 QSR)	

過去1000年間の地球磁場強度変化	

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(Muscheler et al., 2007 QSR)	

地球磁場変動と１４C初期濃度変動	

(Mazaud et al., 1991)	

大気中14C初期濃度の制御要因	

(Damon and Sonett, 1991)	

14
1.2.3	  太陽活動と C濃度変動	  過去1000年間の大気中の14C濃度変化	

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(Muscheler et al., 2007 QSR)	

過去1000年間の14C生成速度変化	

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(Muscheler et al., 2007 QSR)	

中性子測定記録（1937年より）	

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(Muscheler et al., 2007 QSR)	

14Cに基づく、過去1000年間の	  solar	  modula1on	  func1onの変化	
どちらのcalibrationを使うかで、solarmodulation functionの値が2割以上違う	

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(Muscheler et al., 2007 QSR)	

黒点相対数と14Cに基づくSolar	  modula1on	  func1onの比較	

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(Muscheler et al., 2007 QSR)	

1.2.4太陽活動と10Be濃度変動	  中性子フラックスとNGRIP,Dye-­‐3の10Be濃度、フラックスの比較	

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(Berggren et al., 2009GRL)	

グリーンランドにおける	  過去600年間の10Be	  Flux変動	

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(Berggren et al., 2009GRL)	

8-­‐16年のband	  passフィルタ―をかけた	  
10Be濃度、フラックス変動と太陽黒点数変動	
濃度

NGRIP
フラックス	

濃度

Dye-3	
フラックス	

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(Berggren et al., 2009GRL)	

両極のアイスコアから得られた過去1000年間の10B
e時代変動データを合わせて1つの記録に（図右）	

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(Muscheler et al., 2007 QSR)	

1.2.5 14C濃度変動と10Be濃度変動の比較	
14Cおよび10Beに基づく、過去1000年間のsolar	  modula1on	  func1onの比較	

10Beは、14Cに基づく復元と合うようにスケーリング	

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(Muscheler et al., 2007 QSR)	

太陽黒点数、14C,	  10Beの変動記録に基づいて復元した
Solar	  Modula1on	  Func1onの比較	

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(Muscheler et al., 2007 QSR)	

14C,	  10Beに基づくHoloceneの銀河宇宙線変動 	

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(Knudsen et al., 2009 GRL)	

Holoceneを通じたGCR変動周期の変化	
14C	

10Be	

14C&10Be	

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(Knudsen et al., 2009 GRL)	

GCR強度変動の周期	

220および400年周期において、14C記録に基づく周期（赤）の方が、10Beに基づく周期より顕著	〜88年のGleisberg周期〜150年の周期〜220年のSuess周期〜400年の周期1000年スケールの周期も存在	

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(Knudsen et al., 2009 GRL)	

太陽活動の周期性	

From Damon and Sonett (1991)	

太陽活動放射、宇宙線フラックスの観測記録と代替指標の記録	
衛星観測	
F10.7地上観測	
中性子フラックス地上観測	
太陽黒点相対数	

年輪の14C	アイスコアの10Be	

1600

1700

1800
年代（西暦）	
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1900

2000	

まとめ	1. 衛星観測によると黒点周期に伴う太陽総放射照度の変動幅は0.1%程度で、F10.7フラックスや黒点相対数と良い相関を示す。	  
2. UV領域での放射照度の変動幅は、総放射照度より大きく、200-­‐250nmで4％に及ぶ。	  
3. 銀河宇宙線を反映する中性子フラックスも太陽総放射照度変動と比較的良い相関を示す。	  
4. これらの記録を400年以上前まで延ばすには、14Cや10Beなどの宇宙線起源放射線核種を使う必要があるが、中性子やF10.7フラックスとの間でのキャリブレーションが、精度良くなされていない。	  
5. 14C濃度の時系列記録などから、88,	  150,	  220,	  400年などの周期が見出されている。	

20100223-­‐24森羅万象学校	

宇宙入射量と太陽黒点数	

(Beer et al., 1991)	

数十年スケールでの太陽活動と14C生成率の相関	(Stuiver and Quay, 1980)	

(Beer et al., 1991)	

(Beer et al., 1991)	

(Beer et al., 1991)	

銀河宇宙線フラックスの変化	

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(Svensmark,	  2007	  A&G)	

20100223-­‐24森羅万象学校	

20100223-­‐24森羅万象学校	

（東大宇宙線研究所ＨＰより）	

20100223-­‐24森羅万象学校	

太陽活動に伴う、放射量変動は、可視領域より、紫外、近赤外領域における変動割合のほうが大きい	

１２１５A	  

(Lean, 1989)	

過去600年間の10Be濃度変動と	  黒点相対数変動	

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From Wikipedia参考文献	
Lean et al., 1997: Detection and parameterization of variations in solar midand near-ultraviolet radiation (200-400 nm), Journal of Geophysical Research,
Volume 102, Issue D25, p. 29939-29956
Lean and Foukal, 1988: A Model of Solar Luminosity Modulation by MagneticActivity between 1954 and 1984, Science, Volume 240, Issue 4854, pp.
906-908
Damon and Sonett, 1991: Solar and terrestrial components of the atmospheric
C-14 variation spectrum, The sun in time (A92-46664 19-92). Tucson, AZ,
University of Arizona Press, 1991, p. 360-388
Beer et al., 2000: The role of the sun in climate forcing, Quaternary Science
Reviews, vol. 19, issue 1-5, pp. 403-415
Muscheler et al., 2007: Solar activity during the last 1000 yr inferred fromradionuclide records, Quaternary Science Reviews, Volume 26, Issue 1-2, p.
82-97
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Mazaud et al., 1991: Geomagnetic field control of C-14 production over the last
80 ky - Implications for the radiocarbon time-scale, Geophysical Research
Letters (ISSN 0094-8276), vol. 18, Oct. 1991, p. 1885-1888
Damon and Sonett, 1991: Solar and terrestrial components of the atmospheric
C-14 variation spectrum, The sun in time (A92-46664 19-92). Tucson, AZ,
University of Arizona Press, 1991, p. 360-388
Berggren et al., 2009: A 600-year annual 10Be record from the NGRIP icecore, Greenland, Geophysical Research Letters, Volume 36, Issue 11
Knudsen et al., 2009: Taking the pulse of the Sun during the Holocene by joint
analysis of 14C and 10Be, Geophysical Research Letters, Volume. 36, L16701,p. 5
Stuiver and Quay, 1980: A 1600 year long record of solar change derived fromatmospheric 14C levels, Solar Physics, Volume 74, Number 2, p.479-481

20100223-­‐24森羅万象学校	

Svensmark, 2007: Cosmoclimatology: a new theory emerges, Astronomy &Geophysics, Volume 48, Issue 1, pp. 1.18-1.24
Lean, 1989: Contribution of ultraviolet irradiance variations to changes in thesun's total irradiance, Science, vol. 244, April 14, 1989, p. 197-200
Friis-Christensen and Lassen, 1991: Length of the Solar Cycle: An Indicator ofSolar Activity Closely Associated with Climat, Science, Volume 254, Issue
5032, pp. 698-700

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