米国内の全航空便は運航停止となっている。犯人は本当に「壮大な」太陽フレアなのでしょうか?

2023年になり、皆が少しずつ活気を取り戻してきました。太陽も孤独に耐え切れず、楽しさに加わったようだ。北京時間1月6日、1月9日、1月10日、太陽上で3つの強力なフレアが次々に爆​​発した。その後、東部時間1月11日に米国の民間航空輸送が麻痺し、国内のすべての航空便が運航停止となった。

一部のメディアは、この期間の太陽活動と米国での航空便の運休を結び付け、これらの「壮大な」太陽フレアが米国全土での航空便運休につながる磁気嵐を引き起こしたと報じた。

1月9日に発生したX1.9等級のフレアの極端紫外線観測画像。左の閃光がフレアの爆発。 (画像提供: NASA)

しかし、これは本当にそうなのでしょうか?

単純かつ直接的な答えは、最近の太陽フレアが米国の航空便の運航停止の原因ではないということ、またこれらのフレアは「壮大な」ものではないということであるが、太陽フレアを含む太陽の爆発は確かに特定の路線の民間航空便に影響を及ぼす可能性があるということである。

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米国便の運航停止の理由は何ですか?

連邦航空局（FAA）のウェブサイトで発表された全米各地の航空便の運航停止に関するニュースによると、全米各地の航空便が一斉に運航停止となった理由は、航行警報を発令するNOTAM（NOtice To Air Missions）システムが麻痺したためだという。飛行前および飛行中、パイロットおよび飛行業務に関係するすべての部門は、このシステムを使用して、飛行の安全性と効率性に関連する重要な情報を入手する必要があります。 FAAの予備調査の結論によれば、NOTAMシステムの障害はシステム自体のバグが原因であり、太陽フレアとは何の関係もなかったという。

FAAは飛行停止に関して声明を発表し、NOTAMシステムの障害は同システム自身のデータベースファイルの問題による可能性があると述べた。 (画像提供: FAA)

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それは本当に「壮大な」太陽フレアなのでしょうか?

最近の 3 つのフレアが「大規模」であるかどうかを理解するには、フレアのレベルを見る必要があります。太陽フレアは、太陽からの放射線が突然増加する局所的な爆発です。フレアの分類は、フレア爆発によって放出される軟X線強度（厳密には「フラックス」ですが、ここでは詳しく説明しません）の最大値に基づいて行われます。

まず、弱いものから強いものまで、フレアを A、B、C、M、X などのいくつかのレベル範囲に割り当て、次にフレア イベントの特定の強度に基づいて、文字の後の数値を決定します。文字はフレアの「グレード」、文字の後の数字はグレード内のフレアの「スコア」と簡単に理解できます。

2023年1月に噴火した3つのフレアはそれぞれX1.2、X1.9、X1.0でした。確かにフレア ファミリーの中では最強の X レベルですが、「エピック」レベルとはまだ大きな差があります。

これまでに記録された最も強力なフレアは、2003 年 11 月 4 日に発生した X28 クラスのフレアです。X28 の分類は正確な測定に基づくものではなく、フレアの強度が当時の衛星の測定機器の範囲を超えていたため、実際のレベルは X28 よりも高かった可能性があります。

史上最強の15回のフレアの「スコアライン」もX9.0レベルにあり、これは2023年1月のこれらのフレアの強度よりもはるかに高い。したがって、たとえて言えば、2023年1月のいくつかのXクラスフレアは、群衆の中にいる身長約1.8メートルの人のようなものです。背が高いと言えるかもしれませんが、ヤオミンほど背が高くなく、「壮大」とは言えません。

実際の地球への影響から判断すると、これらのフレアが地球に与える影響は、主に電離層の変化によって引き起こされる短波通信異常に集中しています。米国宇宙天気予報センターは、X1.9フレアの発生後、地球付近の高周波無線通信の品質についてR3レベルの警告を発した。同庁は無線通信警報を5段階に区分しており、R3が中位レベルである。このレベルの警報は11年の太陽活動周期中に平均175回発令される。しかし、地球近傍の高エネルギー粒子環境に大きな変化はなく、2023年1月前半には弱い磁気嵐が1回発生したのみでした。全体として、これらのフレアが地球近傍の宇宙環境に与える影響は比較的限定的です。

同時に、フレア自体は地磁気嵐を直接引き起こすことはできません。フレアともう一つの太陽噴出現象であるコロナ質量放出（CME）はしばしばペアで出現しますが、雷が大地を濡らすことはできず、空から降る雨滴がすべてのものを養うのと同じように、強い磁気嵐を引き起こすのは通常、フレアではなくコロナ質量放出です。

コロナグラフにおけるコロナ質量放出の画像。コロナ質量放出と太陽フレアは同時に発生することが多く、爆発プロセスは関連している可能性がありますが、同じ現象ではありません。 (画像提供: NASA)

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太陽フレアは民間航空にどのような影響を与えますか?

それで、この太陽フレア現象とフライトキャンセルとの直接的な関連を否定した後、民間航空業界は太陽フレアの影響について安心できるのでしょうか?答えもノーです。

北米から東アジアへ飛行する場合、球面上の最短経路や大気の循環方向などを考慮すると、太平洋を横断するよりも北極上空を通るルートを利用する方が経済的かつ効率的です。これにより、航空会社は燃料費を節約し、乗務員と乗客の飛行時間を節約できます。

ボストン-香港ルートを例にとると、北極ルートを使用すると、飛行時間が 138 分短縮され、飛行コストが 1 回あたり 33,000 ドル節約できます。しかし、2003 年 10 月下旬から 11 月上旬にかけて、史上最強の X28 クラスのフレアを含む一連の強力な太陽噴火により、北極の航路の一部が使用不能になりました。 FAAは航空会社に対し、飛行を継続するためには低緯度ルートを選択するよう要求し、その結果、燃料消費量と飛行時間が増加した。

2003 年 10 月から 11 月までの極地ルートの状況。HF 無線通信の信頼性が低下したため、当初は極地 3 ルートを経由していたフライトは、極地 4 またはさらに低緯度のルートに切り替える必要がありました。 (画像提供: NOAA)

航路混乱の主な原因は、極地での高周波（HF）無線通信の喪失だった。北極圏は土地がまばらで人が住んでいないため、航空管制によく使われる超短波（VHF）無線送受信局を航路沿いに配置することは不可能で、伝送距離が長いHF帯に頼るしかありません。地球の大気圏の上部には電離層と呼ばれる層があります。 HF無線通信の品質は電離層によって直接制御されます。太陽フレアにより電離層に劇的な変化が生じると、本来長距離伝送が可能であったHF帯が利用できなくなります。航空管制官は極地での航空交通を効果的に管理することができないため、一部の極地航路を中止せざるを得ない。緯度の低い地域では、大洋横断飛行中の短波無線通信も影響を受けるものの、静止軌道通信衛星に頼ることで一部の通信は維持できるが、北極圏は静止軌道通信衛星の死角となっている。

2003 年 10 月から 11 月までの放射線警告地域。地域は赤でマークされています。民間航空局は、この地域を飛行する航空機に対し、受ける放射線量を減らすために巡航高度を下げるよう勧告している。 (画像提供: NOAA)

北極圏での HF 通信が回復したとしても、極地を飛行する際には放射線のリスクを考慮する必要がある。極地は太陽活動の放射線の影響が民間航空の飛行に最も強く影響を及ぼす場所です。もちろん、週に数回北米と東アジアを行き来するわけでなければ、心配する必要はありません。太陽活動が比較的静かな時期には、極地を一回飛行した場合の放射線量は 0.1 ～ 0.2 mSV になります。関係機関は、飛行中に受ける放射線量の年間上限を1mSVとすることを推奨しています。

ただし、太陽活動が異常に激しい場合は、そのときの放射線状況に注意する必要があります。 1859 年には、本当に壮大な太陽フレアが発生しました。同じ出来事が今日起こった場合、極地飛行 1 回による放射線被曝量は 20 mSV にも達する可能性があります。現時点で極地での飛行を続けると、乗客と乗員に健康上のリスクをもたらすことになります。もちろん、各国の宇宙天気監視・予報機関も「航空放射線」の状況を注視している。関係機関は2023年10月から11月にかけて、緯度35度以上の高度を飛行する長距離飛行について巡航高度を4万フィートから3万6000フィートに引き下げるよう勧告する通知を出した。これによって燃料消費量は増加するものの、大気の放射線遮蔽効果をより有効に活用し、乗客や乗員の健康を守ることができる。

太陽活動には11年周期があります。太陽は2019年末の極小期の「眠り」から徐々に目覚め、2024～2025年の極大期に向けて徐々に移行していくため、今後数年間は太陽活動がますます活発になり、地球のあらゆる面に影響を及ぼす可能性があります。

インターネット通信が発達した今日の世界では、注目を集めるためにニュースの事実を誇張したり非現実的な形で解釈したりする報道もあります。主流メディアや、中国科学普及アカウントなどの権威あるチャンネルが発表する情報に、できる限り注意を払うことをお勧めします。

参考文献:

1. 中国科学院宇宙環境予報センターが発表した「週報」と監視データ、http://www.sepc.ac.cn/。

2. NOAA、2004、サービス評価: 2003 年 10 月 19 日～11 月 7 日の激しい宇宙天気嵐

3. NOAA、2004 年、技術覚書 OAR SEC-88、2003 年のハロウィーン宇宙気象嵐

制作：中国科学普及協会

著者: 李慧超 ハルビン工業大学 (深圳)

プロデューサー: 中国科学博覧会