超巨大黒点が再来、磁気嵐やオーロラも再び出現か？

制作：中国科学普及協会

著者: Qi Yifan (中国地質大学 (武漢))

プロデューサー: 中国科学博覧会

少し前にホットな検索ワードを独占した美しいオーロラを覚えていますか?当時、わが国の新疆、黒龍江、内モンゴル、甘粛などの各地で多くの人が美しいオーロラを目にしました。北京や山東省など緯度が低い地域でも、美しいピンク色のオーロラの写真を投稿するネットユーザーもいた。多くの人がオーロラを追いかけて郊外までドライブし、思いつきで旅を始め、「極地旅行」という究極のロマンチックな体験を楽しんでいます。

まれなオーロラとともに、磁気嵐も発生します。 5月11日、アメリカ国立宇宙天気監視警報センターは珍しく最高レベルの赤色警報を発令し、多くの人々が2日間恐怖の中で過ごすことになった。

このオーロラは5月11日の早朝に新疆ウイグル自治区アルタイで撮影された。

（写真提供：Pu Shi）

実は、このオーロラと磁気嵐には共通の原因があります。それは、太陽表面の超大型黒点活動領域 AR3364 です。彗星は、地球の磁場を「攻撃」するために、複数のプラズマ球を継続的に放出し、激しい地磁気の乱れを引き起こし、私たちに夢のようなオーロラの眺めと壮大な地磁気嵐をもたらしました。

5月29日、この「オーロラメーカー」AR3364は新しい番号AR3697とともに戻ってきました。なぜ戻ってきたのでしょうか？これによって再び磁気嵐やオーロラが発生するのでしょうか?太陽黒点、磁気嵐、オーロラにはどのような関係があるのでしょうか?

磁気嵐とオーロラ：混沌と壮麗さ

まず、地磁気嵐とオーロラは同時に発生することが多いが、必ずしも因果関係があるわけではないことを明確にする必要があります。それらの源は太陽です。

時々、太陽の光球上に周囲よりも暗い斑点が現れることがあります。これらは太陽黒点です。太陽黒点が集まる場所には強い磁場とプラズマの変化があり、それが太陽嵐を引き起こすことが多い。

太陽嵐が発生すると、膨大な量のプラズマが毎秒数十～数千キロメートルの速度で太陽から放出されます。太陽はくしゃみをして「飛沫」を飛ばすようなものです。太陽が「くしゃみ」するプロセスはコロナ質量放出 (CME) と呼ばれます。コロナ質量放出が地球に衝突すると、深刻な磁気擾乱が発生しますが、地球の磁場はそれにほぼ耐えることができます。同時に、太陽もフレアを発生させ、強い放射線が地球を照らしますが、そのほとんどは大気圏に吸収されます。我々にとって、この太陽からの「くしゃみ」が地球に向かって飛んでくれば、地球は不安に陥るでしょう。

コロナ質量放出が磁場に影響を与え、オーロラを発生させるアニメーション（左下の画像はプロミネンスがコロナ質量放出を引き起こすプロセスを示しています）

（画像出典：SOHO Satellite公式サイトより、著者作成）

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太陽から放出される物質の塊は、独自の電磁場を持つ数十億トンのプラズマの塊です。非常に速い速度で地球に向かって突進します。穏やかな地球の磁場はこのような激しい衝撃に耐えられず、当然混乱状態に陥るでしょう。

地球上空の磁気圏電流は、地球の磁場に「ストレス」反応を引き起こします。磁場の変化は突然北に向き、数時間以内に南に向きを変え、その後、静穏状態に戻るまでに数日、場合によっては 10 日以上かかります。これは地球全体の磁場の混乱の現れであり、コロナ質量放出によって引き起こされる磁気嵐です。

磁気嵐環電流指数Dstで示される典型的な磁気嵐のプロセス

（画像出典：京都大学地磁気・宇宙磁気データ解析センターのデータ、筆者作成）

磁気嵐の間、地球の電磁場は非常に混沌としますが、混沌は美しい現象を伴うこともあります。北極圏と南極圏を囲む気流に高エネルギー粒子が注入され、強烈な光現象、つまり美しいオーロラが発生します。

コロナ質量放出の襲来によって地球の磁場が乱れるからこそ、オーロラのような光景が見られるのだともいえます。コロナ質量放出が地球に正確に衝突するほど、地磁気嵐が引き起こされる可能性が高くなり、より大きくて壮観なオーロラが引き起こされる可能性が高くなります。少し前に発生したオーロラと磁気嵐は、太陽にある地球16個分の幅を持つ太陽黒点AR3664から連続的に放出される複数のプラズマクラスターによって引き起こされました。

5月11日のオーロラと磁気嵐を引き起こしたコロナ質量放出現象は5月8日に発生した。

(画像提供: NOAA-SWPC LASCO C3)

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サンスポット AR3664: 王の帰還

毎日太陽を見る機会があれば（注意！科学的な保護手段を講じずに太陽を直接見ないでください！）、太陽の表面の黒点が西から東に回転していることがわかります。これは、太陽が地球と同様に、自身の軸を中心に回転するからです。太陽が赤道上で一回転するのに約27日かかります。

一般的に、小さな黒点は長くは続かず、二度と見ることができないかもしれません。しかし、最近の「キング黒点」AR3664は異なります。非常に広大な面積を誇り、史上最強のものに匹敵します。耐久力が非常に長く、太陽が一回転した後も生き残ることができます。それは超エネルギーを持っており、超強力なエネルギーを爆発させ続けます。

太陽黒点AR3664は太陽とともに回転する

（画像出典：NASAのデータ、著者作成）

まだ太陽の側にいたとき、この彗星は「王」としての帰還を告げる大きなフレアを数回放出した。 5月29日、彗星は太陽の周りを一周した後、新しい番号AR3697とともに再び私たちの視界に入りました。わずか 1 日後、AR3697 によりアメリカ全土の短波ラジオが 90 分間停止しました。 「王」が帰ってきました。またオーロラの饗宴を私たちにもたらしてくれるでしょうか?

太陽黒点AR3664（AR3697）が戻ってきたときに別の爆発が起こった。

(画像提供: NASA/ソーラー・ダイナミクス・オブザーバトリー)

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オーロラが再び見られるのを楽しみにしつつ、超強力な磁気嵐にも警戒しましょう

5月28日に噴出した大規模なフレアから判断すると、まだエネルギーに満ちている。オーロラが太陽とともに地球の反対側に回転するときに再び噴火することができれば、おそらく1、2日後には再び美しいオーロラを楽しめるようになるでしょう。

しかし、前述したように、美しさと混沌は共存しています。爆発が強すぎるとオーロラを楽しめないかもしれません。歴史に学び、歴史上起こった超強力な磁気嵐によって引き起こされた災害を見てみましょう。

1859 年の超黒点「カリントン現象」（AR3664 と規模が同等）では、太陽の表面に肉眼で見える閃光が見られ、非常に強い地磁気の強さのために磁力計の指針が目盛りの範囲外に飛び出し、全国の電信局の電信機が絶えず火花を散らし、電線が溶けるといった現象が観測されました。高緯度に住む人々は空に色とりどりのオーロラを見ることができ、真夜中に明かりなしで新聞を読むこともできました。大小さまざまな異常現象が8日間も続いた。

AR3664とカリントンイベントを引き起こした超巨大黒点との比較

(画像出典: spaceweather)

1989年の超巨大磁気嵐（今年5月11日の磁気嵐の1.5倍）のときも、当時の人々は私たちと同じように、珍しいオーロラを楽しみ興奮していました。しかし、3月13日の早朝に磁気嵐がピークに達すると、磁気嵐によって刺激された誘導電流がカナダのケベック州の電力システムを突破し、1分以内に複数の変電所を破壊し、ケベック州全体の21,500メガワットの電力システムが瞬時に崩壊した。比較的影響が少なかった米国でも、200台以上の変圧器やリレーにさまざまな程度の問題が発生した。

1989年の磁気嵐で変圧器が焼損

(画像提供: NOAA-SWPC)

さらに、衛星やミッション中だったディスカバリー号スペースシャトルも、程度の差はあれ影響を受けた。同年6月、ウラル地方で天然ガスパイプラインが爆発し、超強力な地磁気嵐が金属パイプラインに電流を誘導したことが最終的に確認された。この電気化学反応によりパイプラインの腐食が加速し、最終的に悲劇が起こりました。

スペースシャトルが磁気嵐の影響を受けているとの報告（ディスカバリースペースシャトルが緊急事態に遭遇、飛行計画が短縮される可能性あり）

(写真出典: 1989 年 3 月 15 日のニューヨーク タイムズ紙の記事)

実際、同様の事件は数多くある。国際宇宙ステーションと神舟5号は同様の危険な状況に遭遇した。幸いなことに、適切な対応措置が取られ、軌道が上がり、悲劇は回避されました。

宇宙天気予報: 宇宙に「天気予報」をもたらす

上に述べたような事例は、私たちから遠く離れたところで起きているものです。今日では、超磁気嵐に対処するための方法が数多くありますが、その中でも非常に重要なのが宇宙天気予報です。

天気予報が農業生産にとって大きな意味を持つのと同様に、地磁気や太陽などの宇宙環境の監視は現代社会においてますます重要な部分になっています。たとえば、観測装置を使って太陽を「見つめる」ことで、光の速度が太陽風やコロナ質量放出の速度よりも速いという原理を利用することができます。太陽が「怒りを爆発させている」ことがわかれば、関係部門に直ちに警告し、電力、航空宇宙などの部門に損失を回避するための保護措置を講じさせることができます。

メリディアン プロジェクト フェーズ II「円形アレイ太陽電波撮像望遠鏡」

（画像出典：宇宙環境地上統合監視ネットワーク公式サイト）

我が国の太陽観測衛星「西和」と「開府」の2機が運用を開始しました。 「メリディアン計画」の円形アレイ太陽電波撮像望遠鏡も完成しました。これらは、すべての宇宙天気観測機器と連携して、私たちの故郷を守るための監視と早期警報の任務を担います。

彼らのおかげで、私たちは、AR3697という新しい名前を持つ太陽黒点が数日後にもたらすかもしれない、もう一つのオーロラの饗宴を、それが引き起こす超磁気嵐による取り返しのつかない損失を心配することなく、自信を持って期待できるのです。

この記事にコメントをくださった Sun Yangyi、Qiu Shican、Liang Yu、Lin Kai、Zhang Yinan の皆様に感謝申し上げます。

参考文献:

[1] パーカーEN宇宙磁場-その起源と活動[M]。クラレンドンプレス、1979年。

[2] 徐文瑶.地球電磁気現象の物理学[M]。合肥：中国科学技術大学出版局、2009年。