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"「太陽と惑星と生命と」 JAXA相模原キャンパス特別公開2016，宇宙科学セミナー，平成28年7月30日 "
- 1. 太陽と惑星と生命と ひので X-ray sun in 2007 JAXA宇宙科学研究所 常田佐久 平成２８年7月30日(土) JAXA相模原キャンパス特別公開2016 1
- 2. 本日のお話し • 「ひので」の観測：黒点と磁場の働き • 太陽活動の異変：マウンダー極小期が来る？ • 地球温暖化？寒冷化？ • 文明と生命を守る惑星の磁場 • スーパーフレアの発見 • 第2の地球に生命は存在できるか？ 2
- 3. 太陽全面画像 黒点 3
- 7. 太陽の黒点は強い磁石 7
- 11. 11 活動する彩層
- 14. 14 太陽活動の異変とは？
- 21. 太古の太陽活動の復元方法 （炭素14を指標とする手法） 太陽活動が活発化 ⇒ 太陽（圏）の磁場が宇宙線をバリア ⇒ 地球に飛んでくる宇宙線（陽子）量が減少 ⇒ 宇宙線（陽子）が作る炭素14の量が減少 ⇒ 樹木年輪に取り込まれる炭素14の濃度が減少 二酸化炭素として循環（ 14CO2 ） ● 陽子 ○ 中性子 （陽子） 大気分子 地球 光合成により年輪に取り込まれる 太陽圏（磁場） 宇宙線 窒素原子核 炭素14 中性子 高エネルギー宇宙線(a)太陽圏（太陽の磁場が広がる空間）が 宇宙を飛びかう高エネルギー粒子をさえぎる (b) 宇宙線によって炭素14が生成される 6個の陽子と8個の 中性子。炭素12は 6個の陽子と6個の 中性子 n + 14N → 14C + 1H 半減期：炭素14：5370年、ベリリウム10:136万年 21
- 22. (Decadal) MaunderSpoerer Wolf Dalton Oort ~9 年 11~13 年 10~11 年 9~11 年 13~14 年 ~14年 ~13 年 D14C(permil) ~11 年 Blue dots: Miyahara et al., 2004, 2006, 2007, 2008 Red dots: Damon, 2003 Black curve (decadal): Stuiver et al., 1998 炭素１４の量 年 -30 -10 10 30 800 1100 1400 1700 2000 Year AD西暦年太陽活動が活発 太陽活動が不活発 過去2千年のデータから太陽活動が低い と周期が13～14年に伸びる 22
- 31. 太陽の磁場総量の急速な減少 北極 North Pole 南極 South Pole 現在の太陽活動：極大～下降期 ウィルコックス太陽天文台 Wilcox Solar Observatory ベルギー王立天文台 Royal Observatory of Belgium 西暦 Year 太陽極域平均磁場 Polar Magnetic Field 西暦 Year 太陽黒点数 Sunspot Number 太陽活動が極大になる時期に、南北両極磁場の極性が反転 31 原因 結果
- 34. From NASA D. Hatraway http://solarscience.msfc.nasa.gov/predict.shtml 2016年7月現在 2030 Cycle 25：max. 2025-26? SSN～50? 2040 太陽黒点数の予測？ Cycle 24 (SSN 113 in 2014)： Cycle14 (max. SSN 105 in 1905)以来最低 34
- 37. 山桜の開花時期を使って過去の太陽活動を知 る！青野 靖之先生（大阪府立大学大学院） 37 • 気温が高いと桜の開花時期は早くなり、低い と遅くなる。 • 822年分の京都の古文書の記録を丹念に調 査し、山桜の満開日から過去1200年の京都 の3月平均気温を復元した。 • 都市温暖化の影響がない1911年～1940年の データを使って較正と手法を検証。0.1℃で一 致。 • 誤差の評価を適切に行った優れた研究。
- 39. 本研究による京都の3月平均気温推定推移と太陽黒点数復元推移との比較 ４つの主要な太陽活動極小期と対応した低温期の存在 極小期の後半～終わり頃に推定気温が最も低下することが多い。 (十年から数十年の応答の遅れ？) 復元気温と太陽活動 10世紀前・中期は現在 (除・都市昇温分)よりも暖かい。 青野 (2012) 地球環境, 17, 21 – 29 39
- 41. 黒点数と地球の寒かった時期 -4000 -3000 -2000 -1000 0 1000 2000 0 20 40 60 Sunspotnumber Years -BC/AD 過去6500年で、黒点数の極端に小さい15回のうち、１２ 回がヨーロッパで気温が低かった時期に一致している。 黒点数 西暦 Courtesy of Ilya G. Usoskin 41
- 44. • 宇宙線が地球大気中に侵入 →電気を帯びた粒子の大量発生 • 水蒸気を引きつけ雲を作るタネに • 太陽活動が活発～黒点が多い – 強い太陽磁場が銀河宇宙線の地球への侵入を阻害 – 宇宙線量少ない→雲少量→温暖化？ • 太陽活動が静か～黒点が少ない – 太陽磁場による銀河宇宙線のバリア効果が弱まる – 宇宙線量が多い→雲多量→寒冷化？ 太陽の磁場はどのように 地球の気候に影響するか？ まだ解明されておらず、現在も研究が進められている [宮原, 2009]
- 51. 磁場の無い、重力の弱い火星では？ • 重力が弱いため、大気をつなぎ止めておく力が弱い。 • 火星は早い時期に磁場を失った。 • 昔は太陽風や太陽紫外線が現在よりはるかに強かった。 大量の大気が宇宙へ散逸させられたため現在はわずかな大気しか無いの もしれない 51
- 52. 地球には磁場があるので 52
- 54. アポロ宇宙船飛行士の死因は 心血管疾患が多い • アポロ宇宙船飛行士の死因において心血管疾患 が占める割合が、宇宙飛行をしたことのない宇宙 飛行士と地球低軌道の周回飛行をしたことのあ る宇宙飛行士のそれぞれ約5倍の高さ • 地球を保護する磁気圏を越えた宇宙飛行の危険 性を指摘 • Delp, M. D. et al. Apollo Lunar Astronauts Show Higher Cardiovascular Disease Mortality: Possible Deep Space Radiation Effects on the Vascular Endothelium. Sci. Rep. 6, 29901 (2016). 「アポロ宇宙飛行士は心血管疾 患による死亡率が高い：血管内皮への放射線の影響か」
- 56. なぜ第2の地球を探す？ 系外惑星発見前夜 太陽系は標準でない？ すばるにおける惑星探し ハビタブル惑星とは？ 宇宙における生命 講演内容 （予定） • 1つの銀河に1000億の星 • 宇宙に1000億の銀河 • 合計10000000000000000000000000 宇宙科学者が挑むBig Questions 1. 地球に生命はどうやって誕生したのか？ 2. 第2の地球はあるのか？ 3. 地球外に生命体は存在するか？ 4. 宇宙全体の物質とエネルギーのうち、 74%がダークエネルギー、22%がダークマター （見えない物質）。 一体これらは何？ 5. 宇宙はどうやって始まったのか？
- 57. 57
- 58. 58
- 60. ハビタブル領域にあるケプラー惑星 惑 星 の 半 径 （ 地 球 を １ と す る ） 惑星の平衡温度（大気効果を考慮すると摂氏0-100度） 木星 海王星 地球 約60個の ハビタブル惑星 （重いものも含む）
- 61. 恒星が惑星を持つ割合 (P<85日) Small 17% 21% 20% 2% 2% Total=62% 少 な く と も 一 個 の 惑 星 を 持 つ 恒 星 の 割 合 （ ％ ） 惑星のサイズ（地球を１としたとき） 地球 ｽｰﾊﾟｰｱｰｽ 小海王星 大海王星 木星
- 65. 巨大フレアの発生頻度 （GOES クラス分類：X線強度で分類） 最近のフレアの数 • 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クラスフレアは１年に１０回 Ｘ１０クラスフレアは１年に１回 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？ X線強度が１０倍に なると発生頻度が １０分の１になる
- 66. 観測史上最大のCarringtonフレア(1032エルグ) (1859年9月1日） • Richard Carrington により 1859年に観測 • 大変明るいオーロラが、 キューバ、バハマ、ジャヤ マイカ、エルサルバドル、 ハワイに現れた。 • 観測史上最大の磁気嵐(> 1000 nT) • 欧州と北米の電信システムが障害 • 電信紙がスパークで発火 （Loomis 1861） • 2012年７月23日にステレオ衛星で観測されたフレアは、スーパー Carringtonフレアであったと言われているが、太陽の裏側で発生したの で影響はなかった。 • もし地球を直撃したら、その被害額は２兆円と推定された。 （柴田・磯部による） 66
- 67. 屋久杉から見つかった奈良時代後期の スーパーフレアの痕跡 1035ergのスーパーフレアか？ （最大太陽フレアの1000倍） (Miyake et al. Nature , 2012, June, 486, 240) Nature誌
- 68. ケプラー衛星の観測した星の明るさの変化 とスーパーフレアの発生 星に超巨大な黒点があり スーパーフレアを起こしている Maehara et al. (2012) 発生エネルギー ~ 1036 エルグ 太陽フレアの１万倍 （柴田・磯部による） 68
- 69. スーパーフレア nanoflare microflare 最大の太陽フレアより1000 倍強力 なスーパーフレアが５０００千年に 一度発生する（我々の太陽で！） Shibata et al. 2013 ナノフレア～フレア～スーパーフレア １０の２４乗（最小のフレア？）～１０の３２乗（最大のフレア） （柴田・磯部による） 通常の太陽フレア 最も大きな太陽フレア フレアのエネルギー(erg) フレアの発生頻度 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 69
- 71. フレアと生命の起源：まとめ • 10の35乗エルグのスーパーフレア(最大級の太陽フレアよ り1000倍強力） は、我々の太陽においても５千年に１回発 生すると推測される 。 • 10の35乗エルグのスーパーフレアは、オゾン層の減少を 引き起こし、文明の存続に影響を与える可能性がある。 • 10の37乗エルグのスーパーフレアは、生命の終焉をもた らす可能性がある。 • 太陽より小さくて暗い星（Ｍ型星）に10の35乗エルグのス ーパーフレアが発生すると、ハビタブルゾーンにある惑星 表面は強い放射線に晒される。 Ｍ型星のフレアの発生頻 度は、太陽の100倍程度ある。Ｍ型星の惑星は、度重なる 巨大フレアに晒され、生命が発展できないかもしれない。 71
- 72. 本日のお話しのまとめ • 太陽の黒点の増減と地球の温度が関係して いる • 太陽黒点数の非常に少ない時期の来る可能 性があり、その場合、地球は寒冷化する • 非常にまれにスーパーフレアが起きる可能性 があり、惑星の生命と文明に影響を与える。 • ハビタブルゾーンの惑星が磁場を持っている ことは、生命と文明の維持と発展に大事。 72
- 73. おわり