世界初、地球に被害を及ぼす「巨大太陽フレア」を正確に予測する物理モデルが開発される(名古屋大)

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Credit:NASA/STEREO/Helioviewer
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  • 巨大を発生位置まで含め高い精度で予想する物理モデルの開発に成功した
  • 従来の方法は過去のデータから統計的に予想するもので精度は50%未満だった
  • 新たな方法は太陽表面の不安定性に基づいており、過去の履歴に頼らず80%近い精度で位置まで予想する

巨大地震や洪水など、我々の日常生活を脅かす自然災害はこの地球上に数々存在していますが、現代の我々はからやってくる自然災害にも目を向けなければなりません。

巨大は、太陽表面で起きる巨大な爆発現象ですが、ここで発生する電磁波は離れた地球の電子機器に甚大な被害を及ぼします。

大規模な停電や通信障害、さらに家電の電子回路が破壊されて使い物にならなくなるなどの問題が広範囲に発生する可能性があるのです。

ちょっと想像してみるだけでも、現代社会が大混乱に陥るのは明白でしょう。

そのため、台風などに備えるのと同じように、に備えた天気予報についても研究が進められています

ただ、この災害は遠い太陽表面で発生するもので、メカニズムも明確ではなく、正確な予測を行うことは地震予測と同じくらい困難でした。

しかし、日本の名古屋大学などの研究グループは、巨大を正確に予測するモデル開発に成功したとのこと。

それは実に80%近い精度で、を発生位置までふくめて予測できるというのです。

巨大

Credit:Wikipedia

は太陽表面で磁場によって蓄積されていた膨大なエネルギーが爆発を伴って開放される現象です。

これが発生すると、電波波長からガンマ線波長に至るまでさまざまな電磁放射が急激に増加します。

同時に大量の高エネルギー粒子(放射線)や磁場を伴った巨大なプラズマ(荷電粒子)も空間に放出され、場合によっては地球へ降り注ぐのです

これはで活動する飛行士を被爆させ、軌道上の人工衛星を損傷させ、地上ではGPS機能が利用できなくなったり、停電、通信障害など社会生活の基盤を破壊する災害を広範囲に起こします。

こういったものは天気現象と呼ばれています。

による天気現象と社会影響。/Credit:名古屋大学

1989年に起きたによる磁気嵐では、カナダのケベック州一帯が停電するという被害が起こっています。

記録上もっとも大きな被害を地球に及ぼしたは、「1859年の太陽嵐」または「キャリントン・イベント」と呼ばれるもので、このとき世界中の空でオーロラが観測され、アメリカでは普及途中だった電信用の鉄塔が火花を上げて、電報用紙が燃えるなど火災まで発生したと伝えられています。

同規模のは、実は2003年と2012年にも観測されていますが、このときは運良く磁気嵐(フレアで発生したプラズマや放射線)は地球を直撃せず、地上に大きな被害はありませんでした。

しかし、そんなラッキーがいつまでも続くとは限りません。

天気現象の被害を最小限に食い止めるためには、の発生を事前に予測する精度の高い天気予報が必要になるのです。

しかし、の発生メカニズムは十分に解明されておらず、これまでの予測は過去の黒点のデータなどを参考に経験的に予測するしかありませんでした

新たなの予測モデル

今回の研究グループは、の予測に、過去のデータから統計的な予測をするという方法を一切やめてしまいました。

ではどのように予測するかというと、研究グループは太陽表面の磁場の不安定性に目を向けたのです。

太陽の表面は非常に複雑な磁場に覆われていて、磁力線でできた巨大な毛糸だまのような状態です。

はこの磁場の中にエネルギーが蓄積されていて、磁場が不安定になり磁力線の繋ぎ変えが起きたとき発生しています。

磁力線の繋ぎ変えの簡易図。/Credit:NASA | X Marks the Spot: SDO Sees Reconnection

研究グループは、この磁力の不安定性の物理モデルを構築することで、発生を決定する新しいパラメータを導き出したのです。

そして、NASAの過去の観測データなどから、過去10年間の巨大の発生した7つの活動領域と、巨大フレアを起こさなかった198の活動領域を解析した結果、どのような条件が満たせば巨大フレアが発生するかを、この物理モデルから特定しました。

の発生機構。/Credit:名古屋大学

このモデルを使うと、どの地点でどれほどのエネルギーが開放されるかを事前に計算することができ、の発生位置と規模を推定することが可能になります。

フレアは雪山で起きる雪崩に似ていると言います。雪崩は何日もかけて少しずつ降り積もった雪が一気に崩れ落ちてくる現象です。

も同様に何日もかけて磁場の中に少しずつ蓄えられたエネルギーが一気に崩れて放出される現象だと言えます。

従来の経験的な予測は、雪崩がどのような形状の山でなら起きやすいと発生確率を予想することに似ていて、こういう大きさの黒点や磁場の形状だと巨大が起きやすい、と予測していたのです。

しかしこうした予測精度はわずか50%未満しかありませんでした。

新たな方法は、降り積もった雪の量や分布から、どの程度の亀裂が起きたら雪崩になるか予測することに似ています。得られた太陽表面のデータを元に、物理法則に従って巨大の発生を予測するのです。

そしてこの方法は80%近い予測精度を実現しました。

巨大は主に電線や電子機器にダメージを与える見えない自然災害です。そのため古い時代はさほど大きな被害にならなかったり、まったく気づきもしない現象でした。

しかし、現代は社会システムのほぼ全てをコンピュータ制御に任せています。電子機器を破壊する巨大な磁気嵐が地球を直撃した場合の被害は計り知れません。

はまれな現象のため、経験的な予測には限界がありました。今回の研究成果は、天気予報の精度向上に大きく貢献すると期待されています。

 

この研究は、名古屋大学地球環境研究所所長の草野完也教授率いる研究グループより発表され、論文は科学誌『Science』に7月31日付けで掲載されています。

A physics-based method that can predict imminent large solar flares
https://science.sciencemag.org/content/369/6503/587

2017年以来最大の太陽フレアが発生!新しい太陽周期がやってくる?

reference: 名古屋大学,Phys/ written by KAIN
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