太陽フレアの機構や影響について簡単解説!【ロマンあふれる宇宙天気予報】

科学ニュース
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先日以下の記事が出ていました。

太陽フレア発生を予測する数式開発 大規模停電など回避へ光 名古屋大(毎日新聞) - Yahoo!ニュース
 名古屋大の研究チームは、太陽表面の爆発現象「太陽フレア」の発生位置や規模を正確に予測する物理モデル(数式)の開発に成功した。太陽フレアは黒点やその周辺のエネルギーが爆発的に解放される現象。エックス

名古屋大の研究チームが,太陽フレアの発生位置や規模を予測する数式の開発に成功したとのことです。

今回はこの記事で出てくる「太陽フレア」について解説しようと思います。

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太陽フレアとは?

太陽フレア(太陽面爆発)とは,太陽外層の「コロナ」と呼ばれる部分において,磁気エネルギーが熱エネルギーや運動エネルギーなどの別のエネルギーに変換される過程で生じる現象です。

1回のフレアで発生するエネルギー量は凄まじく,太陽系最大のエネルギー解放現象とまで言われています。

taniten
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ちなみに1回のフレアでおよそ\(10^{22}\,\mathrm{J}\)から\(10^{25}\,\mathrm{J}\)のエネルギーが放出されるらしいよ。

な,なんか大きすぎて全然イメージできないね・・・。

ふうた君
ふうた君

太陽フレアの特徴

ここで太陽フレアの特徴を列挙してみます。

活動領域で発生する

太陽フレアは太陽表面の活動領域で発生すると言われています。

活動領域は,局所的な強い磁場によって構成されていると言われています。

あとで書くように,太陽フレアと磁場との間には深い関係があるため,太陽フレアは活動領域で発生するのです。

taniten
taniten

ちなみに太陽の黒点の上空には活動領域が存在しています。

太陽活動領域 - Wikipedia

頻度は太陽活動周期に依存する

太陽フレアの頻度は,太陽の活動周期に大きく依存しています。

太陽の放射レベルは約11年周期で高くなったり低くなったりを繰り返しており,これに合わせてフレアの頻度も増減します。

大規模なフレアほど,起こる回数は少なくなっていきます。

太陽活動周期 - Wikipedia

電磁波や荷電粒子が放射される

太陽フレアの際には,様々な波長の電磁波や荷電粒子が放出されます。

これらが地球に降り注ぎ,後述するような影響を及ぼします。

しかしこの電磁波や荷電粒子をとらえることで,過去に様々な衛星が太陽フレアの観測に成功してきました。

観測の歴史

太陽フレアは,1859年にイギリスの天文学者であるリチャード・キャリントンによって初めて観測されました。

このときは白色光の増光現象として観測されました。

この時の逸話として,
・ハワイやカリブ海など世界中でオーロラが観測された
・あまりの明るさのため,夜にも関わらずロッキー山脈の鉱夫が朝食の支度を始めた

などが残っています。

1930年代に入ると観測技術が発達し,Hα線と呼ばれる輝線スペクトルを使用した観測が活発に行われるようになりました。

1970年代以降は人工衛星やロケットを飛ばし,宇宙空間から観測する時代になっていきました。

宇宙空間では太陽フレアによるX線や紫外線を観測でき,日本では「ひのとり」や「ようこう」,「ひので」などが観測を行いました。

以下に,「ひので」が観測した2017年の大規模な太陽フレアのX線全面象の動画を掲載します。

大規模太陽フレアを起こした活動領域の「ひので」によるX線動画

観測の歴史はわかったけど,フレアってどうやって発生するんだろう?

ふうた君
ふうた君

発生機構

太陽フレアの発生機構は,実は確実には解明されていません。

しかし有力な説として,「磁気リコネクション説」というものがあります。

これは下図のように,異なる2つの磁場の磁力線がつなぎ替わる現象のことで,磁場が強い太陽の活動領域では活発に起こっていると考えられています。

Wikipediaより引用

この磁気リコネクション説は,太陽フレアに伴う磁気エネルギーの解放や,磁力線トポロジーの変化などの解明に当たって重要な役割を果たしましたが,未解決の問題も残っています。

taniten
taniten

今後の研究に期待ですね!

磁気リコネクション - Wikipedia

地球への影響

先ほども書いたように,太陽フレアと同時に大量の電磁波や荷電粒子が放出されます。

大規模フレアの際は,放出された荷電粒子は地球まで到達することがあり,地上高度80キロから1000キロにある電離層の磁場を乱すことで,地球の磁場が乱れてしまう現象(磁気嵐)が起こります

この磁気嵐により地上の送電線に大量の電流が流れて変圧器が壊れると,大規模な停電になることがあります。

taniten
taniten

実際に1989年にはカナダで,2003年にはスウェーデンで磁気嵐による大規模停電が起こっているよ。

また,太陽フレアは宇宙空間を飛んでいる人工衛星にも影響を及ぼします。

GPSは位置情報を正確に取得するため,人工衛星が出す電波を受け取っています。

しかし太陽フレアによって地球の電離層が乱されると,この電波にズレが生じて,位置情報の精度が悪くなってしまうのです

けっこう大きな影響を及ぼすんだね。

ふうた君
ふうた君
「巨大太陽フレア 地球への影響は?」(くらし☆解説)
太陽で大規模な爆発・フレアが続けて発生。GPSの誤差が広がるなど一部影響も出たが... #nhk_kaisetsu

フレア発生の予測

太陽フレアは上記のように地球全体に影響を及ぼすため,予測することができれば事前に様々な対策をすることができます。

2012年に名古屋大の研究チームは,太陽フレアの発生原因となる磁場構造を解明したと発表しました。(詳細は以下のリンク)

太陽フレアの発生原因となる磁場構造を解明|太陽地球環境研究所 - Solar-Terrestrial Environment Laboratory,名古屋大学
名古屋大学太陽地球環境研究所の草野完也教授を中心とする研究チームは、「地球シミュレータ」による詳細な計算機シミュレーションと太陽観測衛星「ひので」による精密なデータ解析を通して、太陽表面に現れる特殊な磁場構造が太陽フレア発生の原因となることを明らかにしました。フレア発生予測の実現につながる成果として注目されています。

これによると,太陽表面における磁場の相互作用に”ある仮定”をして計算機シミュレーションを行ったところ,2種類の特徴的な磁場構造が生まれ,そこでフレアが発生していたとのこと。

この計算結果と実際の観測結果を比較したところ,複数のデータで磁場構造が一致していたことがわかり,フレアの発生条件となる磁場構造を世界で初めて特定することに成功しました。

そして最上部に載せた記事のように,フレアの発生を計算で予測する数式の開発につながったと考えられます。

おわり

taniten
taniten

太陽フレアってカッコいいからなんとなく知ってはいたけど,未解決の部分が沢山あるんですね。

宇宙天気予報が正確にできるようになる日も近いかもしれないね!

ふうた君
ふうた君

コメント

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