地球を近々襲う可能性大、最大規模の太陽フレアによる甚大な被害

近期袭击地球的可能性大,最大规模的太阳耀斑及其可能造成的巨大损失


2022年2月3日、宇宙開発企業のスペースX社が49基のスターリンク衛星を打ち上げた。
そのうち40基が、打ち上げ時に太陽の表面で起きる大爆発、すなわち「太陽フレア」が地球上に引き起こした「磁気嵐」の影響を受けて大気圏に再突入?損失する事態が発生した。
地球は大きな磁石のような性質がある。
宇宙空間で地球の磁場が及ぶ範囲のことを地球磁気圏といい、太陽や宇宙空間からやって来るプラズマを防ぐバリアの役割をしている。
しかし、強い磁気を帯びた「太陽風」に地球の磁気バリアが何時間もさらされると「磁気嵐」が発生する。
太陽風や磁気嵐は、人工衛星のコンピューターに影響を与え、通信障害などの原因になる。また、地上でも送電施設に影響を与える。
過去には大停電を起こすなど、太陽フレアが地球に様々な影響を及ぼしている。

2022年2月3日,航天开发企业SpaceX公司发射了49颗星际链路卫星。
其中有40座受到发射时太阳表面发生的大爆炸,即“太阳耀斑”在地球上引起的“磁暴”的影响,再次进入大气层并损失。
地球有着大磁铁般的性质。
宇宙空间中地球磁场所涉及的范围叫做地球磁场,起到了防止来自太阳和宇宙空间的等离子体的屏障的作用。
但是,如果地球的磁屏障暴露在带有强磁性的“太阳风”中几个小时,就会发生“磁暴”。
太阳风和磁暴会影响人造卫星的计算机,造成通信故障等。另外,也会影响地面输电设施。
过去发生过大停电等,就是太阳耀斑对地球产生了各种各样的影响。

2012年5月17日、京都大学の研究グループは、人工衛星を使って銀河系の中にある太陽と温度や大きさがほぼ同じ8万個の星について、光の強さを3か月観測した。
その結果、太陽フレアと呼ばれる太陽表面の爆発現象よりも100倍から1000倍、規模の大きな「スーパーフレア」という爆発現象が114個の星で合わせて365回観測されたことをメディアに公表した。
研究グループは、もし太陽でスーパーフレアが起きれば、強いエネルギーの様々な粒子が地球に降り注ぎ、世界各地で停電や通信障害が起きるおそれがあるほか、飛行機に乗っていると深刻な放射線被曝の危険もあるとしている。
京都大学付属天文台台長の柴田一成教授は「これまではスーパーフレアは起きないと考えられてきたが、今回の観測で起こる可能性があることが分かった。さらに詳しい研究が必要だ」と述べた。
本研究成果は、科学誌「Nature」に発表された。
さて、近年、古い樹木の年輪や古文書などの研究から、近代以前の時代に桁外れの規模の「スーパーフレア」によるとみられる超巨大な太陽嵐が何度も地球に襲来していたことが分かってきた。

2012年5月17日,京都大学的研究小组利用人造卫星对银河系中的太阳和温度、大小大致相同的8万颗星星进行了3个月的光强度观测。
其结果是,比被称为太阳耀斑的太阳表面爆炸现象高出100倍到1000倍,规模较大的“超级耀斑”爆炸现象在114颗星上共观测到365次。
研究小组认为,如果太阳产生超级光斑,强能量的各种粒子将降落在地球上,世界各地可能会发生停电和通信障碍,此外,乘坐飞机也有严重的放射线辐射危险。
京都大学附属天文台台长柴田一成教授说:“一直以来都认为不会发生超级耀斑,但这次观测发现有可能发生。需要进行更详细的研究。”。
本研究成果发表在科学杂志《自然》上。
那么,近年来,从旧树木的年轮和古文献等的研究中,我们也发现了近代以前的时代,就出现过几次规模惊人的太阳风暴“超级耀斑”袭击地球。

そうした太陽嵐によってデジタル社会を支えるインターネットが寸断されたり、人工衛星にトラブルが生じる恐れがあることから、太陽フレアの発生を正確に予測する試みなどが進んでいる。
総務省は、宇宙天気予報(宇宙天気を観測?把握し、それに伴う影響を予測して、地球上の天気予報と同じように予報する)に関して観測?分析能力や対処の在り方などを検討するため、2022年1月から「宇宙天気予報の高度化の在り方に関する検討会」を開催している。
そして6月21日に報告書を公表した。
報告書では、「極端な宇宙天気現象がもたらす最悪のシナリオ」を策定し、「通信?放送?レーダー」?「衛星測位」?「衛星運用」?「航空運用」?「電力分野」に甚大な被害が生じると警鐘を鳴らしている。
本稿は、地球に甚大な被害をもたらす太陽フレアの脅威とその対策について取りまとめたものである。
初めに、太陽フレアの脅威について述べ、次に太陽フレア対策について述べ、最後に宇宙天気現象がもたらす災害への対処の在り方について提言をのべる。

由于这种太阳风暴,有可能出现数字社会的根基:互联网被切断,人造卫星产生混乱等危险,人们在致力于正确预测太阳耀斑的发生。
总务省为了研究关于宇宙天气预报(观测·把握宇宙天气,预测伴随的影响,与地球上的天气预报同样进行预报),并分析其影响和应该如何应对,从2022年1月开始召开「关于宇宙天气预报的高度化应有状态的讨论会」。
并于6月21日公布了报告书。
报告书制定了“极端的宇宙天气现象带来的最坏的剧本”,敲响了“通信、广播、雷达”、“卫星定位”、“卫星运用”、“航空运用”、“电力领域”产生巨大损失的警钟。
本文总结了对地球造成巨大损失的太阳耀斑的威胁及其对策。
首先叙述一下太阳耀斑的威胁,其次叙述太阳耀斑对策,最后就应对宇宙天气现象带来的灾害的应有状态提出建议。

太陽フレアの脅威
(1)太陽の活動周期
太陽から放出されるエネルギーは常に一定というわけではない。およそ11年周期で黒点数が増減するなど、太陽活動は変化し続けている。
黒点の多いときが太陽の活動が活発なときで極大期とよばれ、逆に黒点の数が少ないときは不活発なときで極小期と呼ばれる。
地球の気候の変動と黒点数との間には、関係があることが経験的に分かっているが、そのメカニズムについてはいまだ解明されていない。
太陽活動の周期には1755年以来、極小期から次の極小期までを1周期として番号が付けられてきており、2008年12月から第24周期が始まった。
第24周期の太陽活動は2014年に極大期を迎え、その後はおとなしくなってきた。
2020年9月15日、国際的な専門家グループからなる「太陽活動第25周期予測パネル(SolarCycle25PredictionPanel)」が、太陽活動は2019年12月に極小となり太陽活動の第25周期が始まったと発表した。
第25周期の極大期は2025年7月頃になると予測されている。

太阳耀斑的威胁
(1)太阳活动周期
太阳释放的能量并不总是恒定的。大约以11年为周期,类似黑子数的变化等太阳活动将会持续进行。
黑点多的时候太阳活动活跃的时候被称为极大期,相反黑点数少的时候不活跃的时候被称为极小期。
虽然从经验上知道地球气候的变动和黑点数之间有关系,但其机制至今还没有阐明。
太阳活动的周期从1755年以来,人们把一个极小期到下一个极小期作为一个周期,到2008年12月开始是第24个周期。
第24周期的太阳活动在2014年迎来了极大期,之后就变得老实了。
2020年9月15日,由国际专家组组成的“太阳活动第25周期预测面板(SolarCycle25PredictionPanel)”宣布,太阳活动在2019年12月进入极小区,意味着太阳活动的第25周期开始了。
据预测,第25个周期的极大期将在2025年7月左右。

(2)太陽フレア
太陽フレアとは太陽表面で起こる爆発現象である。
既述したが、太陽には活動の周期がある。その活動が活発になると、太陽表面で巨大な爆発現象が起きるようになる。
フレアの爆発によってコロナに漂う荷電粒子(プラズマ)は宇宙空間へ放出され、これが太陽風となって地球に到達する。
そして、このプラズマ粒子がオーロラを発生させる要因の一つとなる。
太陽フレアは可視光線だけでなく、ガンマ線や紫外線、X線などの電磁波(放射線)も同時に放出する。
また、強大な太陽フレアは極めて高エネルギーの粒子(数万~数10億電子ボルトの電子や陽子?重イオンなど)を放出する。
さて、太陽フレアの影響は3段階に分かれて地球に到達する。

(2)太阳耀斑
太阳耀斑是发生在太阳表面的爆炸现象。
如上所述,太阳有活动周期。当它的活动变得活跃时,太阳表面就会发生巨大的爆炸现象。
由于耀斑的爆炸,漂浮在日冕上的带电粒子(等离子体)被释放到宇宙空间,成为太阳风到达地球。
而且,该等离子体粒子也是产生极光的主要原因之一。
太阳耀斑不仅可以发射可见光,还可以同时发射伽马射线、紫外线、X射线等电磁波(放射线)。
同时,强大的太阳耀斑放出非常高能源的粒子(数万~数10亿电子伏特的电子和质子·重离子等)。
那么,太阳耀斑的影响分为3个阶段到达地球。

まず第1波は約8分後、光の速さでX線など強い電磁波が地球に到達する。これによって無線通信や放送に障害が起き、カーナビや地図アプリでもおなじみのGPSなど測位衛星の精度が落ちるといった影響が出始める。
続く第2波は約30分~数時間後、高エネルギーの粒子が地球周辺に到達し、人工衛星が故障するなどのリスクが生じる。
また、宇宙ステーションや国際線の航空機に乗っている人たちは、通常より多い放射線を浴びることがある。
さらに第3波は2~3日後、電気を帯びたガス(プラズマ)が太陽風として地球に到達する。
その結果、磁気嵐などを引き起こし、人工衛星の軌道が影響を受けるほか、地域によっては停電が起きるおそれもある。

首先,第1波约8分钟后,以光速X射线等强电磁波到达地球。由此导致无线通信和广播发生障碍,汽车导航和地图应用程序中也开始产生问题,GPS等定位卫星的精度也会下降。
接着的第2波约30分钟~数小时后,高能量的粒子到达地球周边,产生人造卫星故障等的风险。
另外,乘坐空间站和国际航线飞机的人们有时会受到比平时更多的辐射。
并且,第3波在2~3天后,带电的气体(等离子)会作为太阳风到达地球。
其结果,除了引起磁暴等,人造卫星的轨道受到影响以外,根据地域的不同也有发生停电的危险。

(3)過去の被害事例
次に、過去に太陽フレアなどが地球に引き起こした被害事例について述べる。
(1)1859年:キャリントン?イベント
これまで記録された中で最大の磁気嵐は1859年9月に発生したもので、太陽フレアを目撃、報告した天文学者の名前から「キャリントン?イベント」と呼ばれている。
1859年9月1日から2日にかけて記録上最大の磁気嵐が発生した。
ハワイやカリブ海沿岸等世界中でオーロラが観測された。この時には、青森県弘前市や和歌山県新宮市でもオーロラが見られたという記録が文献に残っている。
ヨーロッパおよび北アメリカ全土の電報システムは停止した。
電信用の鉄塔からは火花を発し、当時まだ普及途中だった電信機器は回路がショートし火災が発生したといわれる。

(3)过去的受害事例
接下来我叙述下过去太阳耀斑等对地球引起的受害事例。
1、卡灵顿事件
迄今为止记录的最大磁暴发生在1859年9月,因目击并报告太阳耀斑的天文学家的名字而被称为“卡灵顿事件”。
1859年9月1日至2日发生了有记录以来最大的磁暴。
在夏威夷和加勒比海沿岸等全世界都观测到了极光。当时,在青森县弘前市和和歌山县新宫市也有发现极光的记录。
欧洲及北美洲全境的电报系统停止运行。
电信用的铁塔上还发出火花,据说当时还在普及中的电信设备由于电路短路而发生了火灾。

(2)1989年:カナダのハイドロケベック電力公社の大規模停電
1989年3月、Xクラス(注1)の大規模な太陽フレアが発生したことによって地球は深刻な磁気嵐に見舞われ、世界各地の社会インフラに甚大な被害を及ぼした。
カナダのケベック州一帯では、ハイドロケベック電力公社の電力網のすべてが破壊され、大規模な停電が発生した。
停電は9時間も続き、約600万人の生活に深刻な影響を及ぼした。
また、米国の気象衛星「ゴーズ(GOES)」の通信が止まるなど、各国の様々な社会インフラストラクチャーが影響を受けた。
(注1)フレアの規模は、放出されるはX線の強度により5つのクラスに分類される。
クラスは強い順からX、M、C、B、Aとなり、各クラスはそれぞれ10倍ずつの差がある。

2、1989年:加拿大魁北克电力公司大规模停电
1989年3月,由于X级(注1)大规模太阳耀斑的发生,地球遭受了严重的磁暴,给世界各地的社会基础设施带来了巨大的损失。
在加拿大魁北克省一带,海德罗魁北克电力公司的所有电网都遭到破坏,并发生了大规模停电。
停电持续了9个小时,严重影响了约600万人的生活。
另外,美国气象卫星GOES的通信中断等,各国的各种社会基础设施受到了影响。
(注1)根据发射的X射线的强度,将光斑的规模分为5类。
班级由强到弱依次为X、M、C、B、A,每级各相差10倍。

(3)2003年:数十を超える人工衛星の機能停止
2003年10月に史上最大規模の太陽フレアが発生した。
一瞬にして日本の観測衛星を含む数十を超える人工衛星が、太陽の発する放射線によって機能停止あるいは機能喪失に遭った。
その後の復旧措置で、多くの衛星は正常に戻ったが、いくつかの衛星の計測装置や実験機器は破損した。
また、この太陽フレアによってスウェーデンでは1時間の停電が発生し、約5万人が影響を受けた。

3、2003年:数十颗人造卫星停用
2003年10月发生了史上最大规模的太阳耀斑。
一瞬间,包括日本观测卫星在内的数十颗人造卫星因太阳发出的辐射而功能停止或功能丧失。
在随后的恢复措施中,许多卫星恢复了正常,但一些卫星的测量装置和实验仪器已经损坏。
另外,由于这个太阳耀斑,瑞典发生了1小时的停电,约5万人受到了影响。

(4)2012年:過去最大規模の太陽フレアの地球ニアミス
2012年7月23日に発生した太陽フレアから放出された地球のそばをかすめた太陽嵐(プラズマ)は、1859年のキャリントン?イベントに匹敵するほどの威力を持っていた。
幸い軌道からは免れたものの、もし直撃していれば、現代文明は破壊され、18世紀に後退させるほどの威力があるものだったと、NASAが発表した。

4、2012年:有史以来最大规模的太阳耀斑差点直击地球
从2012年7月23日发生的太阳耀斑放出的太阳风暴(等离子),略过地球,其具有可以与1859年的卡灵顿事件相匹敌的威力。
NASA宣布,地球幸免于难,该风暴脱离了轨道,如果被直接攻击到地球,现代文明就会被破坏,并有使其后退到18世纪的威力。

(5)2022年:スターリンク衛星40基が大気圏に再突入
衛星コンステレーションによりグローバルなインターネット接続サービスを提供している米国スペースX社は、2022年2月3日、ケネディ宇宙センター(フロリダ州)から49機のスターリンク衛星を地球低軌道に打ち上げた。
ところが、地磁気嵐によって密度が増した大気による抵抗を受けたため、そのうちの40機が大気圏に再突入し喪失したと発表した。
この磁気嵐の影響を受けたのはスターリンク衛星だけではない。
2021年12月以降、欧州宇宙機関(ESA)が2013年に打ち上げた地磁気観測衛星スウォーム(SWARM)3基のうち2基が異常なスピードで、地球に向かって降下し始めた。
2021年12月以降の急降下により、高度430キロ地点を周回する2基は非常に不安定な状態となったため、オペレーターは5月にリブーストを実施して高度を上昇させた。

5、2022年:40颗星链卫星重新进入大气层
通过卫星提供全球互联网接入服务的美国SpaceX公司于2022年2月3日从肯尼迪航天中心(佛罗里达州)向地球低轨道发射了49颗星链卫星。
但是,由于受到了由于地磁风暴而密度增加的大气的抵抗,其中的40颗星链再次进入大气层并丧失了。
受到这场磁暴影响的不仅仅是星链卫星。
2021年12月以后,欧洲宇宙组织(ESA)于2013年发射的3颗地磁观测卫星SWARM中的2颗开始以异常的速度向地球降落。
在之后迅速俯冲,环绕在高度430公里的轨道上,这两颗卫星处于非常不稳定的状态,因此操作员在5月实施了重启,使高度上升。

(5)想定される最悪のシナリオ
2022年6月21日、総務省は、「宇宙天気予報の高度化の在り方に関する検討会」が作成した報告書を公表した。
同報告書では、「極端な宇宙天気現象(エクストリーム?イベント)がもたらす最悪のシナリオ」を策定し、最悪の場合、以下の事象が生じると警鐘を鳴らしている。
さて、以下の想定される最悪シナリオは、100年に1回程度の頻度で発生する「極端な宇宙天気現象」の発生時に我が国において発生し得る最悪の被害の様相を「通信?放送?レーダー」「衛星測位」「衛星運用」「航空運用」「電力分野」のそれぞれの社会インフラの分野に分けて、被害の発生直後から2週間後までの被害の様相をとりまとめたものである。

(5)设想的最坏情况
2022年6月21日,总务省公布了《关于宇宙天气预报高度化应有状态的研讨会》制作的报告书。
该报告书制定了“极端的宇宙天气现象(极限事件)带来的最坏的剧本”,在最坏的情况下,如果发生以下的现象就会敲响警钟。
那么,以下设想的最坏情况是:100年1次左右频率发生的“极端宇宙天气现象”发生时,在我国可能发生的最坏灾害情况分为“通信、广播、雷达”、“卫星定位”、“卫星运用”、“航空运用”、“电力领域”等社会基础设施领域,并总结了受灾发生到2周后的受灾情况。