常田 佐久 (2013) 太陽に何が起きているか

  • 常田 佐久, 2013: 太陽に何が起きているか (文春新書 888)。 文藝春秋, 204 pp. ISBN 978-4-16-660888-1.

2009年ごろから太陽の状態に異常と思われることがあり、2012年になって人工衛星「ひので」の観測で磁場の異常が明らかになったことはたびたび話題になった。それで「気候が寒冷化する」という予想の話を見かけたので、[別ブログ2012-07-13の記事]やそこから参照されている以前の記事でコメントした。もう少し詳しく知りたいと思っていたら、2013年1月に「ひので」の研究代表者である常田氏による新書本が出たのでさっそく買って読んだが、あまりメモをとらなかった。気候の授業で太陽放射の話をするにあたって読みなおしている。

第1章「太陽の異変」。太陽黒点周期がふつう11年なのだが今回はのびている(極小からの回復が遅れている)。磁場の2重極(双極子)成分が弱くなりむしろ4重極が主になっている。ここまではすでに知っていたが、わたしにとって新しい知識だったのは、1670-1715年のMaunder極小期には、黒点が少ないだけでなく出現場所が南側の低緯度に限られるという特徴があったこと(文献 Sokoloff and Nesme-Ribes, 1994)だ。それが、著者が、太陽が今Maunder極小期に似た状態に向かっているのではないかと(仮説的に)考えるおもな根拠らしい。

  • (細かいことだが18ページに「ベルン天文台長ウォルフ」とあった。チューリヒではなかったかと思ってちょっと調べたら、Wolfは1855年にベルンからチューリヒに移ったのだそうだ。)

第2章「太陽は磁場の星」。基礎的知識。太陽の層構造: 中心核、放射層、対流層、光球、彩層、コロナ。太陽磁場の原因は放射層と対流層との差動回転と考えられている(放射層は一体として回転していると考えられている)。黒点の形成は対流層表層(光球付近)の磁場の緯度による差動回転に伴って起こる。フレアは磁力線のつなぎかえによって起こる(著者が衛星「ようこう」の観測による証拠を1996年に示した)。フレアは人間社会の電力網や通信網に影響を与えるので「宇宙天気予報」が必要になった。1994年に「ようこう」の観測によって柴田一成氏が警告を出しNOAAを経てアメリカの電力会社が被害を予防できたことがある。

第3章「『ひので』が見た太陽」。「ひので」では、X線、紫外線、可視光を観測する。可視光は地上でも観測できるが高い空間分解能を得るためには大気によるゆらぎを避けられる衛星観測が有効なのだ。そして、偏光の観測をすれば海野和三郎氏の1956年の理論によって光球での磁場の強さと向きを知ることができる。この観測で黒点の形成や崩壊の過程がわかってきた。コロナの加熱に小さなフレアとAlfven波の両方がかかわっていることもわかってきた。

第4章「衛星開発の現場」。常田氏は本書出版よりあとの2013年4月にJAXAに属する宇宙科学研究所の所長になったが、それまでの表向きの経歴はずっと天文学者だ。しかし、博士課程の院生のときにASTRO-A「ひのとり」にかかわったのをかわきりに、 SOLAR-A「ようこう」、SOLAR-B 「ひので」、計画中のSOLAR-Cと、人工衛星による太陽の観測にかかわっている。天文学者といえば従来は理論家か(地上の)望遠鏡で観測をする人がほとんどだったのだが、著者は新しい種類の天文学者なのだ。

中学生のころは電気技術者になりたいと思い、大学では磁気とプラズマに関心をもってその事例として太陽について研究することにしたのだそうだ。修士課程では理論研究をしたが進路に迷ったとき、教授から宇宙研の衛星にかかわることを勧められ、電気メーカーの就職面接に行ったら役員から衛星をやってから来てほしいと言われたそうだ。著者より少し上の世代に、天文学にとって衛星という手段が重要だとは思いながら、自分では扱いかねて人材を求めていた人がいた、という時の運があったと思う。(少し事情が違っていたら学者になっていなかったかもしれない。メーカー側で観測にかかわっていた可能性もあるが。) それから著者が手がけてきた仕事は、メーカーや外国研究機関との共同作業であり、交渉ごとにも強くなったらしい。

「ひのとり」は硬X線を観測した。パルサーなどで成功したX線天文学の太陽への応用だった。「ようこう」では軟X線の観測を加えた。この技術はアメリカが先行していたので、アメリカとの共同開発にしたが、アメリカのメーカーの担当する機器の精度がたりなかった。メーカーの日本法人のおかげで成功にこぎつけた。「ひので」ではさらに可視光の偏光の観測を加えた。地上で実績のある望遠鏡メーカーに宇宙に適応させるための開発をしてもらった。

第4章「太陽活動と地球環境」。Maunder極小期が「小氷期」にあたることから、もし太陽の磁場が4重極が主である状態が続けば気候は寒冷になると著者は予想する。因果関係の候補としては、可視光を主とする太陽放射のエネルギー量の変化、紫外線部分の変化、太陽磁場・宇宙線・エーロゾル・雲・太陽光反射という因果連鎖(Svensmark説)を並列にあげる。(地球の磁場や電流系を通じた因果関係も考えられると思うが述べていない。) 太陽放射のエネルギーについては、Maunder極小期の推定値を具体的に示すわけではなく「もし1%少なかったら気温は1℃くらい低いだろう」という大まかな議論をしている。宇宙線説については、CERNで行なわれたCLOUDなどの実験で言えることの不確かさは注意深く述べている。

しかし、地球科学の話題になると、著者の不注意か知識不足と思われることが目につく(次に列挙する)。天体物理と機器開発・運用という複数の専門をこなしている人に、さらに別の専門の見識を求めるのは酷なのかもしれない。著者のまわりに議論の相手が必要だ。

  • 174-175ページで、図32の説明文で「北半球の平均気温」と書いてあるのと同じ数値を、本文では「ヨーロッパの平均気温」として参照している。どちらかがまちがいのはずだ。また、この図を使った議論では、京都の冬の気温と北半球平均気温が振幅は違っても同じ寒暖の傾向をもつことが当然とされているようだが、現実はそう単純ではないと思う。
  • 宇宙線説に関連してはSvensmarkの低層雲が大事という主張をまにうけて、図35に「宇宙線の強度」と「低層雲のカバーする面積」のグラフを示している。このグラフの出典としてSvensmark and Friis-Cristensenの1997年の論文があげられているが、グラフには2005年までデータがあるので、(おそらくSvensmarkたちによって補足されたものだと思うが)その論文の図そのものではありえない。
  • これは第1章だが、29ページで、地球磁場の逆転に関して、「最後に反転したのは更新世、約180万年前から1万年前」と言っている。逆転がいつ起きたかは少し調べればわかるはずで(逆転と認定するかどうか微妙な事例もあるようだが)、2桁も違う数値をならべたままなのは、この問題に関心が薄いとしか思えない。「更新世」の定義が変わって「約260万年前から」になった、という件もあるがこれは相対的には細かい問題だ。

また、著者は、「暗く若い太陽のパラドックス」に関して、暗くなかったという仮説を示している。恒星進化の「標準太陽モデル」よりも初期の質量が5%多かったとすればよい。その質量が失われたしくみを考えなければならないが、今ある規模の大フレアやコロナ質量放出がもっと頻繁にあれば可能だということだ。

文献

  • Sokoloff, D. and Nesme-Ribes, E., 1994: The Maunder minimum: A mixed-parity dynamo mode? Astronomy and Astrophysics, 288, 293-298.

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