太陽が怒りを爆発させる周期があるのはなぜですか?

中国初の総合太陽探査衛星「先進的宇宙太陽観測衛星（ASO-S）」が今年10月に打ち上げられると報じられている。 ASO-Sは、太陽活動第25周期を利用し、「1つの磁場と2つの嵐」を科学的目標として、太陽フレア、コロナ質量放出、全円盤ベクトル磁場の同時観測を実施し、人間の日常生活に重大な影響を与える宇宙災害気象の予報をサポートします。

「現在、太陽活動第25周期の上昇期にあり、太陽活動はますます活発になっている。今年後半は太陽の体系的かつ詳細な観測を行うのに最適な時期の一つだ」と中国科学院国立天文台の研究員タン・バオリン氏は科技日報に語った。

科学者は一般的に、太陽の活動周期は約 11 年であると考えています。では、科学者たちはこの法則をどのように発見したのでしょうか?太陽活動はなぜ周期的になるのでしょうか?太陽活動周期は太陽科学観測や日常生活にどのような影響を与えるのでしょうか?

250年間の太陽黒点記録から得たパターンの要約

太陽は通常「静か」ではありません。中国科学院国家宇宙科学センターの研究員、ヤン・イーフア氏は、太陽黒点、フレア、コロナ質量放出など、太陽の爆発活動によって引き起こされる一時的な現象が太陽に現れると紹介した。さらに、太陽は太陽風と呼ばれる高温の荷電粒子の流れを「吹き出し」続けています。

「太陽黒点は太陽活動の基本的な兆候です。」タン・バオリン氏は、太陽黒点は太陽の「顔のほくろ」のようなものだと語った。しかし実際には、中型の黒点は地球とほぼ同じ大きさで、黒点自体は黒ではなく、太陽の光球よりも温度が低いために黒く見えるのです。既存の研究によると、太陽黒点の低温は、地球の磁場の約1万倍の強さの強力な磁場によって引き起こされるそうです。

1610年、イタリアの天文学者ガリレオは天体望遠鏡を使って太陽黒点を観測しました。 1851年、ドイツの天文学者シュヴァーベは17年間にわたる継続的な観測と地図作成を通じて、太陽黒点の数には約10年の周期があることを発見しました。

スイスのチューリッヒ天文台の所長であるウルフ氏は、シュヴァーベ氏に触発され、250年以上前の太陽黒点の記録を分析し、まとめた。ウルフは、太陽黒点や黒点群の数が増加すると、プロミネンスやフレアなどの太陽活動現象もそれに応じて増加することを発見しました。そのためウルフは、太陽黒点の数が太陽活動の平均レベルを表す可能性があると提案した。

ウルフ氏はまた、太陽黒点の数は時間の経過とともに周期的に変化し、9年から14年近くまで変動し、平均は約11.1年であることも観察した。彼は1755年から1766年までの期間を最初の太陽活動周期と名付けた。これを踏まえると、現在私たちは第25太陽活動周期の上昇期にあることになります。

その後、ドイツの天文学者シュポラーは、太陽黒点が現れる緯度も太陽活動周期に応じて周期的に変化することを発見しました。これがスポラーの法則です。各太陽活動サイクルの初めには、太陽の北半球と南半球の緯度 30 度から 45 度付近に太陽黒点が現れます。太陽活動サイクルが進むにつれて、太陽​​黒点は徐々に赤道に近づきます。太陽活動が最大となる年（太陽黒点数が最も多い年）には、黒点群は主に太陽の北緯15度と南緯15度付近に出現します。活動周期の終わりには、太陽黒点群は主に太陽の北緯8度と南緯8度付近に現れます。

1904 年、イギリスの天文学者サイモン・マンダーとメアリー・マンダーは、太陽面上のさまざまな緯度における黒点の分布の変化を示すグラフを描きました。グラフ上の太陽黒点は蝶の形に分布していました。

閻易華氏は、1908年にアメリカの天文学者ヘールが太陽黒点が太陽の強い磁場の領域であることを発見し、これによって宇宙の天体に磁場が存在することが初めて確認され、太陽活動が太陽の磁場によって引き起こされていることが明らかにされたと紹介した。

太陽周期は正確に予測できない

太陽の磁気周期を動かすものは何ですか?この号は、サイエンス誌によって最も最先端の科学号125号の1つに選ばれました。

「恒星規模の磁場が自然に減衰するとすれば、100億年以上かかる。しかし、太陽の北半球と南半球の黒点の磁極は反対で、22年の磁極反転周期があり、これは11年に1回磁場の極性が反転することを意味する。これは、太陽が普通の恒星ではなく、その磁場が自然に減衰しないことを示す」とヤン・イーフア氏は述べた。

太陽の磁場の起源を明らかにするために、アメリカの天体物理学者パーカーは 1955 年に太陽ダイナモ理論を提唱しました。タン・バオリン氏は、太陽はプラズマの高速回転する「火の玉」であると説明しました。プラズマは優れた導体です。内部の物質の動きによって局所的に電流が発生し、電流によって誘導磁場が形成されることがあります。このプロセスは、太陽光発電プロセスと呼ばれています。太陽ダイナモ理論は、地球、太陽、その他の天体の磁場の起源を説明する理論的根拠です。

「太陽ダイナモ理論は、太陽磁場の起源を説明できるだけでなく、22年の磁気周期も説明できます。また、太陽黒点の『バタフライダイアグラム』の緯度分布や観測結果とも一致しています。しかし、この理論は現時点では太陽活動の周期を正確に予測できず、太陽黒点が示すさまざまな周期や周期の不規則性を説明することができません。」 Yan Yihua 氏は指摘した。

1960 年代、アメリカの科学者バブコックとその息子、レイトンらは、太陽の差動回転、太陽双極子磁場、および子午線循環の相互作用が太陽活動の周期性を引き起こすという初期の太陽光発電モデルを提唱しました。このモデルはバブコック・レイトンモデルと呼ばれます。その後、一部の天文学者はこのモデルに基づく数値シミュレーションを使用して、いくつかの太陽活動周期の半定量的な予測を行いました。

タン・バオリン氏は、バブコック・レイトンモデルは太陽に関する3つの基本的な事実に基づいていると紹介しました。 1 つ目は、太陽には差動回転があり、つまり太陽の異なる緯度での自転周期が異なるということです。太陽の赤道付近の自転はより速く、周期は約 27 日です。緯度が増すにつれて、自転は徐々に遅くなります。北緯45度と南緯45度付近では、自転周期は約31日です。極地では、自転周期は40日近くになります。

第二に、太陽の静穏領域（黒点のない領域）と極領域では磁場が弱く、太陽の北半球と南半球の磁場は反対方向を向いています。

3 つ目は、太陽の対流圏には南北循環があり、太陽の表面の物質は赤道から極に向かって流れ、太陽の対流圏の底部の物質は極から赤道に向かって流れ、閉じた循環を形成します。この現象は太陽子午面循環と呼ばれます。

しかし、タン・バオリン氏の見解では、ジェネレーター モデルは依然として半定量的な経験的モデルです。太陽活動周期の長さや発生時期を決定する物理的要因は何か、また、太陽活動周期がなぜ約11年なのかについては、いまだに理論的に正確に説明できていません。

衛星や電力網システムなどに重大な影響を及ぼすことになります。

タン・バオリン氏は、太陽活動周期は太陽黒点数の周期的な反映であるだけでなく、太陽から周囲の空間へのエネルギーの放出、太陽噴火、太陽嵐の周期的な現れでもあると指摘した。

「太陽活動周期の研究は、多くの分野の発展に重要な影響を与えるだろう。」タン・バオリン氏は、太陽活動周期の起源を研究することで、太陽や宇宙にある太陽に似た多くの星の形成と進化の過程をより深く理解するのに役立つだろうと述べた。

さらに、太陽活動周期の研究は、将来の宇宙天気活動の発達傾向をより正確に予測し、将来の太陽の爆発や太陽嵐の可能性について事前に知るのに役立ちます。

「太陽活動周期の研究は、プラズマ物理学、流体物理学、天体物理学などの分野の発展を直接促進し、さらには工学技術にも重要な影響を与える可能性がある」とタン・バオリン氏は語った。

太陽活動周期は一般人の生活に大きな影響を与えるのでしょうか？ヤン・イーファ氏は、通常の状況では影響はそれほど大きくなく、直接的な影響もないと述べた。しかし、太陽活動は衛星システムや電力網システムなどに非常に大きな影響を及ぼし、深刻な被害をもたらす可能性があり、間接的に人々の生活に影響を与える可能性があります。たとえば、携帯電話の信号が弱くなったり、失われたり、ナビゲーションが使用できなくなったりする可能性があります。

例えば、1859 年のカリントン太陽フレア現象は、当時の世界の電信ネットワークに深刻な被害をもたらし、人類は初めて太陽活動が地球の宇宙環境に与える影響を認識することになりました。 1989年3月、激しいコロナ質量放出が極めて強力な地磁気爆発を引き起こし、カナダのケベック州の電力網が90秒以内に完全に麻痺し、約5億ドルの直接的な経済損失が発生しました。 2003 年 10 月の大規模な太陽活動イベントにより、世界規模での短波通信の中断、地平線を越​​えたレーダーおよび民間航空通信の中断、スウェーデンの電力網の 1 時間の中断、全地球測位システムのナビゲーションの失敗、および複数の科学衛星からのデータの損失が発生しました。

また、中国科学院科学コミュニケーション研究センターの袁蘭鋒副所長は、太陽黒点の長期的な変化も地球の気候と密接に関係していると述べた。たとえば、1300 年から 1850 年までの小氷期は、太陽活動がその後の期間の平均よりも大幅に弱かった期間でした。