花岡 庸一郎 (2019) 太陽は地球と人類にどう影響を与えているか

  • 花岡 庸一郎, 2019: 太陽は地球と人類にどう影響を与えているか (光文社新書 1011)。光文社, 253 pp. ISBN 978-4-334-04417-6.

2019年6月の新刊。太陽ではどのような変動がおきているか、その変動は地球環境や人間社会にどのような影響をあたえるか、という話題の入門読みもの。ここで、変動としては、フレアという1日の時間スケールのはげしい現象と、十年から百年の時間スケールでおこる変動を、それぞれ論じている。著者は天文学者で、国立天文台で太陽の観測を担当している。

これだけの内容を1冊につめこんだのはたいしたものだと思う。第4-5章の気候関係の論調も、わたしからみて、わりあいバランスがとれていて読者にすすめられると思う。太陽と気候との因果関係はあまりよくわからないのが現在の学術の状況なので、読んですっきりしないのは当然なのだ。ただし、あとでのべるように、材料のならべかたをもうひとくふうしてほしいところや、むしろ省略したほうがわかりやすいと思われるところもある。

第1章は、太陽の変動の事実。太陽には黒点があり黒点数は約11年周期で変動していること。キャリントンが1859年9月1日に観測したものをはじめ、ときどき太陽面爆発(太陽フレア)があること。太陽フレアにともなって、コロナ質量放出 (高温のプラズマが出てくる)や、高エネルギー粒子 (「太陽宇宙線」)の放出もあり、太陽が出す電波も強くなることなど。

第2章は、太陽の変動のしくみ。太陽には磁場がある。黒点は磁極であり、地球の地磁気の数千倍のつよさをもち、磁場のせいで対流が抑制されて、温度が低いので黒く見える。
ゆっくりした変化で磁場のエネルギーがたまっていく。そして、急速な変化(磁力線のつなぎかえらしい)で磁場のエネルギーが電流に、そして熱にかわって高温のプラズマができる。

第3章は、太陽のフレアが文明化した社会に脅威をもたらすこと。
電離層がこわれ、無線通信が通じない。(人為的妨害と誤認して戦争になりかけたこともある。) GPSの誤差も大きくなる。
地上での磁場の変動も大きい(「磁気あらし」という)。誘導電流は、送電網の破壊による停電をおこすことがある。
高エネルギー粒子(「太陽宇宙線」)がやってくる。人工衛星の機器にも、宇宙飛行士の健康にも危険がある。10kmくらいの高さをとぶ飛行機にのる人の健康にもリスクがある。
被害を減らすため、「宇宙天気予報」の努力がされている。フレアが発生してからプラズマが地球に届くまでの2~3日に警告はできるようになった。フレアの発生予測は課題だがむずかしい。
ときには、「スーパーフレア」(規模の大きいフレア)がおこる。木の年輪の炭素14などから、774~775年、993~994年にあったことがわかってきた。

第4章と第5章の話題は、太陽活動の十年から百年の時間スケールでの変動と、それが地球の気候におよぼす影響について。話題は、最近400年間あるいは千年間の、十年から百年規模の変動がおもなのだが、ちがった時間スケールの話題がときどき はさまるのが、初心者にはわかりにくいかもしれないと思う。グラフが多いので、その時間軸の目盛りに注意して、上記の条件にあうものをひろって読むのがよいかもしれない。

この主題に関する知識の発達をふりかえるならば、Eddy が1976年に出した論文が画期的だった。望遠鏡による観測がある17世紀以後の黒点の記録から、17世紀後半ごろに黒点がほとんど見られない時期があったことは知られていた (それにMaunder極小期となづけたのはEddyだが)。他方、炭素14の発生量を一定と仮定した炭素年代を年輪年代などで較正する仕事から、炭素14の発生量の時系列がつくられていた。炭素14の発生は銀河宇宙線により、太陽磁場の強いときにはそれがさまたげられるという考えから、これは太陽活動の指標となる。Eddyは、黒点、炭素14、その他の指標をつないで、複数の極小期があることを示した。また、当時利用可能だった気候の情報と比較して、これらの太陽活動極小が、小氷期とよばれる寒冷期と関連しており、おそらく寒冷となった原因だろうと考えた。

ここまではよいのだが、188ページの図4-7として(NASA経由で)引用されたEddyの図はわかりにくい。とくに「気温の指標は、ロンドン・パリの冬の厳しさの記録で、40年ずらして表示されている」(キャプション)、「…17世紀の気温低下は、実際にはまだ黒点が多く観測されていた1630年代にピークを迎えているのである。」(本文)というのはわかりにくく、意味を正確に理解しようとしたらEddyが採用した気温の指標を記述した文献にさかのぼって確認する必要がありそうだ。これはとばして、現時点で代表的な気温復元推定の文献にしたがって気候(たとえば北半球平均気温)の時系列をしめしたほうがよかったと思う。

本書でわたしにとって新しかった知見は、黒点数の観測値をまとめているベルギー王立天文台のSILSOが、「黒点数」(とよばれる数量)の算出のしかたを2015年に改訂したことだ(第5章)。旧版データについては、チューリヒ天文台でおこなわれていた20世紀後半の統計処理にかたよりがあったと考えられている。従来、Maunder極小期のあと約300年をつうじた黒点数の増加傾向が見えて、太陽活動の活発化が温暖化をもたらしたという説の根拠とされてきたのだが、改訂版データによれば明確な増加傾向はない。

本書第5章では、まず太陽の「明るさ」つまり全波長の電磁波によるエネルギーの流れの量(いわゆる太陽定数)の変化を見る。1978年以後の観測で、黒点が多いときに「明るい」傾向があるが、これは黒点が多いときには温度の高い白斑も多いからだ。ただし約11年周期の「太陽定数」の変化量は「太陽定数」自体の千分の一程度にすぎない。Maunder極小期の「明るさ」の推定もおこなわれてはいるが不確かさが大きい。【215ページの図5-7は2000年と2005年の論文にもとづいている。まだその根拠を追いかけていないが、もしそれが黒点数をつかっていたのならば、黒点数の見なおしによって、これも見なおしが必要だ。】

ただし太陽が気候に影響をおよぼすしくみはこれだけではない。紫外線やX線の部分が相対変化が大きい。紫外線がまず成層圏の状態(オゾン量や温度)に影響し、地上の気候にも影響する可能性がある(本書では気候への影響のしくみの説を明示してはいない)。

また、太陽活動が銀河宇宙線を変調することが気候に影響する可能性もあるとして、宇宙線が雲凝結核をふやすというSvensmarkの説を紹介しているが、MarshとSvensmarkの2003年の論文では宇宙線と雲量との時系列があっているというために雲量に補正をかけていることも指摘し、この説は「広く支持されているとまではいえない」としている。

気候変動の原因としては、太陽活動のほかに、温室効果ガスと、人為起源および火山起源のエアロゾルがある。IPCCの第5次評価報告書を引用して、「1750年以降に限れば、太陽よりも人為的影響のほうがはるかに大きいとされている」としている。【ただし1750年以降というのはそういう比較をしたからで、時系列的にみれば「人為的影響がはるかに大きい」といえるのは20世紀なかば以降だと思う。】

太陽活動の変動は、太陽の表面付近の層の対流とそれによるダイナモ作用だとわかってきた。その考えにもとづく予測型シミュレーションもはじまっている。まだ同様なモデルによる予測どうしでも活動が強まるか弱まるかが一致しないような状況だが、もう少し研究が進めば予測できるようになるかもしれない。ただし、かならずできるようになるとはまだいえない。

折りかえしのあとにくわしい目次をつける。

== 目次 ==
まえがき
– – 11年ぶりの大爆発
– – 社会のインフラに影響を与える
– – 太陽物理学
– – 太陽の磁場が地球に影響を与える
– – いつ、何が起きるかを知るために
目次
第1章 「変わる太陽」と「変わらぬ太陽」
– 1.1 「変わる太陽」の発見
– – 太陽がなくては人間は生きていけない
– – 実は肉眼でも分かる太陽の変化
– – 望遠鏡の発明で見えたもの
– – シャイナーによる黒点の科学的分析
– – 400年にわたるデータ
– 1.2 黒点と太陽面爆発
– – 黒点活動の周期性の発見
– – 見えてきた太陽と地磁気・オーロラの関係
– – 黒点数は太陽活動を表す
– – 太陽面爆発の発見
– – 白色光で見えた巨大フレア
– – 太陽面爆発で地球に異常が起こる
– – 社会のアキレス腱
– 1.3 爆発で太陽はものも放出する
– – 太陽は光だけでなくものも放出している
– – 太陽コロナとは
– – コロナ質量放出の発見
– – 太陽がものも放出していることが理解されるまで
– – 太陽から飛来する高エネルギー粒子
– 1.4 X線と電波で見た太陽
– – 太陽からのX線と無線通信
– – 太陽から電波は来ているのか
– – ついに太陽から来る電波をとらえる
第2章 なぜ太陽面で爆発が起こっているのか
– 2.1 磁場は爆発のエネルギーをためる
– – 磁場が主役
– – 太陽内部で磁場が生まれる
– – 黒点はなぜ黒いのか
– 2.2 磁場は爆発を起こす
– – 太陽表面で見えるゆっくりとした変化と急速な変化
– – 急速な変化はどのように起こっているのか
– – 太陽フレアの姿
– – フレアの規模と頻度
– – 爆発は惑星間空間にプラズマを吹き飛ばす
– 2.3 黒点やフレアは他の星にもある
– – 星のひとつとしての太陽
– – 星の巨大な黒点や巨大なフレア
第3章 脅威の太陽
– 3.1 太陽面爆発と電離層
– – 文明化した社会と宇宙天気
– – 太陽の変わらない輝きのおかげで無線通信が可能になった
– – 太陽面爆発は無線通信の妨害にもなり得る
– – 太陽からのX線と電離層
– – GPSと太陽
– – 軍事行動の引き金になりかけた大フレア
– 3.2 磁気嵐のもたらす災害
– – 太陽面爆発は磁気嵐を起こす
– – 磁気嵐が起こす停電
– – 21世紀になっても停電は起こる
– – 磁気嵐は機雷を爆発させたか
– 3.3 高エネルギー粒子の脅威
– – 太陽から飛来する高エネルギー粒子
– – 太陽から来る粒子は、飛行機にとって脅威
– – 太陽から来る粒子は、人工衛星にとっては大きな脅威
– – 太陽から来る粒子は、宇宙飛行士にとっても大きな脅威
– – 地球大気を膨張させる太陽活動
– 3.4 現代社会に太陽はどれだけの災害を起こすのか
– – 太陽の脅威にさらされている現代社会
– – 宇宙天気研究の可能性
– – 太陽の向こう側の黒点をとらえる
– 3.5 スーパーフレア
– – スーパーフレアとは
– – 太陽でスーパーフレアは起こるのか
第4章 「変わらぬ太陽」は本当に変わっていないか
– 4.1 「変わらぬ太陽」の変動
– – 黒点が現れない
– – 小氷期とマウンダー極小期
– – マウンダー極小期の存在
– – 太陽活動と地球の気温のつながりを探るために、過去を知る
– 4.2 太陽風と銀河宇宙線
– – 太陽風とは
– – 銀河宇宙線とは
– – 銀河宇宙線が地球大気で起こす反応
– – 銀河宇宙線と太陽風との関係
– – 銀河宇宙線の11年周期変化
– – 銀河宇宙線の変動を過去にさかのぼる
– – 過去の太陽活動変動と気候の関係の研究が始まる
– 4.3 太陽活動と気候は関係あるのか
– – 過去の気候変動を調べる
– – 過去の太陽活動と気候の関係: 最近2000年間
– – 過去の太陽活動と気候の関係: 最近1万2000年間
– – さらに昔の太陽活動変動、気候変動
– – 先進的な研究における日本の貢献
第5章 太陽活動の地球の気候への影響はどう議論されているか
– 5.1 太陽の明るさは変わっている
– – 地球温暖化の中で太陽が注目される
– – 太陽の明るさは一定ではない
– – マウンダー極小期の太陽の明るさは
– – 太陽は太古、今よりも暗かった
– 5.2 太陽活動の変動は磁場の変動
– – 太陽活動で磁場が大きく変化する
– – 大きく明るさが変わる紫外線・X線で見た太陽
– – 銀河宇宙線の量の太陽活動による変化
– – 銀河宇宙線は気候を変えるか
– 5.3 正しい太陽活動変動を理解する
– – 地球起源の気候変動
– – 黒点数と気温を比べてみると
– – 正しい黒点数の変動は
– – 改めて黒点数と気温を比べてみると
– – 最近の黒点数はどのくらい少ないのか
– – 太陽の内部を知る
– – 太陽活動の将来は予測できるか
あとがき
参考文献

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