太陽フレアや宇宙天気について、私たちはどの程度心配すべきでしょうか?

太陽は中心部で熱核反応が起こり、大量のエネルギーを生成して熱狂しています。日々、そのエネルギーのおかげで地球は居住可能な状態にあります。しかし、時には太陽フレアが爆発し、高エネルギー粒子が宇宙空間に猛スピードで飛び散ることがあります。地球が放射線の進路上にある場合、私たちの生活に大惨事をもたらす可能性があります。

こうした放射線の爆発は「宇宙天気」と呼ばれるものを構成する。そして、見出しで警告されているほど頻繁ではないかもしれないが、地球の天気と同じくらい混乱を引き起こす可能性がある。

「私たちの恒星は、まさに巨大な熱核融合炉です。中心の温度は1500万～1700万度で、約6億トンの水素が5億9600万トンのヘリウムに融合します」と、NASA太陽物理学部門のプログラム科学者であり、太陽地球システムが人間の生活と社会に与える影響を研究する「Living With a Star」イニシアチブの主任プログラム科学者でもあるマドゥリカ・グハタクルタ氏は言う。毎秒、失われた400万トンがエネルギーに変換され、それが私たちが目にする太陽光となる。しかし、「この非常に不安定に制御された活動が少しでも変化すれば、地球に劇的な影響を及ぼす可能性があります」と同氏は説明する。

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このような事態はまれだが、電気や無線ネットワークに依存する衛星や技術は特に脆弱だ。1989年、強力な太陽フレアによって引き起こされた磁気嵐がカナダ全土で大規模な停電を引き起こし、600万人が9時間にわたって停電した。2000年には、太陽の爆発により一部の衛星がショートし、ラジオが途絶えた。2003年には、一連の太陽の爆発により停電が発生し、航空交通や衛星システムが混乱した。そして2022年2月には、磁気嵐により少なくとも40基のスターリンク衛星が配備途中に破壊され、スペースXに5000万ドル以上の損害を与えた。

太陽フレアと太陽嵐とはいったい何でしょうか?

一般的に、「太陽嵐」という用語は、太陽からの強力なエネルギーの噴出が宇宙に放出され、地球と相互作用することを意味します。荷電粒子は太陽から宇宙に絶えず流れ出しており、これを太陽風と呼びます。しかし、より重大な噴出は、太陽フレア（多くの場合、一時的に黒点と呼ばれる暗い部分から発生する）や、コロナ質量放出と呼ばれる強力な爆発として発生することがあります。この活動のあらゆる変化がオーロラの原因となる可能性があります。

太陽フレアは、本質的には閃光です。太陽の表面から突き出ている強力な太陽磁場が爆発し、膨大な量の電磁放射線が極めて高速で放出されるときに発生します。その放射線が地球に激突すると、地球の電離層、つまり大気圏の最上部にエネルギーが注入されると、グハタクルタ氏は説明します。太陽からの極端紫外線は地球の電離層の粒子を分極させる可能性があり、それが付近にある他の荷電粒子に連鎖的な影響を及ぼす可能性があると彼女は言います。つまり、電気を使用するものはすべて危険にさらされるということです。

太陽フレアは光速で移動すると、NASA の太陽物理学部門で宇宙天気研究プログラムを率いるジェシー・ウッドロフ氏は言う。そのため、太陽フレアを予測し、準備するのは困難だ。「すでに光速で移動している太陽フレアより速く地球に信号を送る方法はありません」とウッドロフ氏は指摘する。「ですから、フレア自体が発生することを予測しなければなりません。これは、私たちがまだ解明できていない難しい科学的問題です。」

太陽フレアは放射線の激しい爆発ですが、コロナ質量放出はエネルギー粒子の爆発です。そのため、移動速度はやや遅くなります。太陽の外部大気 (コロナ) の大部分が爆発し、過熱したガスが宇宙に放出されるときに発生します。「太陽物質の大きな塊は、毎秒数百キロメートルという非常に高速で放出されますが、光速よりはるかに遅いのです」とウッドロフ氏は付け加えます。地球に到達するまでには半日から 3 日かかることもあるとウッドロフ氏は言います。

宇宙天気を予測する方法

宇宙天気予報は地上の天気予報とはまったく異なります。大きな違いは、地球上では気象学者が何百万もの測定を行って予測モデルに組み込むことができるのに対し、宇宙では科学者が太陽活動を観測するための機器を設置できる場所はわずかしかないということです。

「太陽と地球の間で何が起こっているのか、よくわかっていません」と彼は説明する。「軌道上の衛星は動くので、ただそこに座って監視するだけの信頼できる資産を置くことができる場所はほとんどありません。」ラグランジュ点とは、地球と太陽の間にある、2つの物体の重力が衛星を同じ位置に留めるために均等に引っ張る珍しい点である。そこはNASAが「最も重要な宇宙天気モニター」を置いている場所だとウッドロフは言う。欧州宇宙機関（ESA）との共同事業もその1つだ。ESAは、今世紀末までに太陽の隣のラグランジュ点に宇宙船を置くという、ヴィジルと呼ばれる別のミッションを開発中である。一方、NASAの太陽観測衛星は、地球を周回しながら太陽を研究している。

科学者たちはカメラとセンサーを使って太陽の表面から発せられる明るさの変化を監視しているとウッドロフ氏は説明する。明るさの急上昇はほんの数フレームの間だけ現れ、数秒しか続かないかもしれない。

NASA は太陽観測所から得たデータを米国海洋大気庁と共有しており、海洋大気庁は発生確率と地磁気の強さに基づいて、地磁気嵐の警報と注意報の確率予測を行っている。太陽嵐の移動速度に応じて、宇宙天気が地球に影響を及ぼす数日前、あるいはほんの数時間前に警報を発することができる。

ウッドロフ氏によると、最終的な目標は、宇宙天気予報をハリケーン予報と同等に改善することだという。地球観測に注力する彼の同僚は、さまざまなモデルを実行してハリケーンがどこへ向かうかを予測し、高い信頼度の範囲内でさまざまな結果を出すことができる、とウッドロフ氏は言う。「私たちは宇宙天気予報のために、そのような能力を開発しているのです。」

太陽フレアは増えているのでしょうか?

さて、終末論的な太陽フレアの見出しに戻りましょう。太陽は本当に毎週のように凶暴になって、現代社会の崩壊を脅かしているのでしょうか?

グハタクルタ氏によると、宇宙天気の活動は最近変わっていないが、人類は変化しているという。過去1世紀、人々は電子機器にますます依存するようになり、「オンとオフのスイッチがあるものは何でも太陽嵐の影響を受けやすい」と同氏は言う。

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こうしたエネルギー粒子が太陽から地球に押し寄せると、地球の磁場に乱れが生じ、「電磁波の変動と電圧の変動が生じ、それが地中に浸透して電力網に変動をもたらす可能性がある」とグハタクルタ氏は言う。また、GPSのような軌道衛星システムに依存するデバイスへの依存度が高まるにつれ、電子機器は太陽放射のバーストにさらにさらされることになる。

太陽嵐による停電や機器の焼損のリスクを軽減するために、テクノロジー企業は機器にバックアップ電源システムやその他の冗長性を組み込み、NOAA の宇宙天気予報システムが高いリスクを警告したときに戦略的に電源をオフにすることができます。

「人類の文明は、地球を基盤とする領域から太陽圏、つまり太陽の領域へと拡大してきました」とグハタクルタ氏は言う。「私たちはもはや、手の届かない環境を単に観察しているのではなく、実際にその中で生活し、商売をし、旅行しています。したがって、私たちはこの新しい世界を開発し、そこで暮らすために必要なレベルの理解を本当に獲得しなければなりません。」

訂正（2022年8月2日）：この記事は、NASAの太陽観測衛星の位置を明確にするために更新されました。この衛星はラグランジュ点にはありません。この観測衛星は地球の周りの静止軌道上にあります。

このストーリーは更新されました。元々は2022年7月31日に公開されました。