太陽活動周期

太陽活動周期25は2019年12月に始まった。^{[ 21 ]}太陽活動周期25については、さまざまな方法に基づいて、非常に弱いものから強いものまで、いくつかの予測がなされている。^{[ 22 ]}データ駆動型の太陽ダイナモと太陽表面フラックス輸送モデルに基づく物理ベースの予測では、現在の極小期における太陽極磁場の強さを正しく予測し、周期24と同程度かやや強い、弱いが無視できない太陽活動周期25を予測している。^{[ 23 ]}特に、今後10年間で太陽がマウンダー極小期のような（不活発な）状態に陥る可能性を排除している。太陽活動周期25予測パネルによる予備的な合意は2019年初頭になされた。^{[ 24 ]}

NOAAの宇宙天気予報センター（SWPC）とNASAが主催したこのパネルは、公表された太陽活動周期25の予測に基づき、太陽活動周期25は太陽活動周期24と非常によく似ていると結論付けた。彼らは、周期25の前の太陽活動極小期は、周期24の前の極小期と同様に、長く深いものになると予想している。彼らは、太陽活動極大期は2023年から2026年の間に発生し、太陽黒点数は改訂された太陽黒点数で95から130の範囲になると予想している。

太陽活動周期24は2008年1月4日に始まり^{[ 25 ]} 、2010年初頭まで活動は最小限でした^{[ 26 ] [ 27 ]。}この周期は「二峰性」の太陽活動極大期を特徴としていました。最初のピークは2011年に99に達し、2番目のピークは2014年初頭に101に達しました^{[ 28 ]。}周期24は11.0年後の2019年12月に終了しました^{[ 21 ] 。} 

太陽活動周期23は11.6 年間続き、1996年5月に始まり2008年 1月に終了しました。 この太陽活動周期中に観測された平滑化された太陽黒点数（12か月間の平均月間太陽黒点数）の最大値は120.8（ 2000年3月）、最小値は1.7でした。^{[ 29 ]}この周期では、合計805 日間太陽黒点がありませんでした。^{[ 30 ] [ 31 ] [ 32 ]}

黒点はやがて消滅し、光球に磁束を放出します。この磁束は乱流対流や太陽の大規模な流れによって分散・攪拌されます。これらの輸送メカニズムにより、磁化された崩壊生成物が太陽高緯度に蓄積され、最終的に極磁場の極性が反転します（上のハサウェイ/NASA/MSFCのグラフで青と黄色の磁場が反転していることに注目してください）。

太陽磁場の双極子成分は、太陽活動極大期頃に極性を反転させ、太陽活動極小期に最大強度に達する。

コロナ質量放出（CME ）は、太陽宇宙線とも呼ばれる高エネルギー陽子の放射線束を生成します。これらは、衛星の電子機器や太陽電池に放射線損傷を引き起こす可能性があります。太陽陽子現象は、電子機器にシングルイベントアップセット（SEU）現象を引き起こすこともあります。同時に、太陽活動極大期における銀河宇宙線の減少は、粒子束の高エネルギー成分を減少させます。

CME（コロナ質量放出）による放射線は、地球の磁場による遮蔽範囲外にいる宇宙飛行士にとって危険です。そのため、将来のミッション設計（例えば火星探査ミッション）では、このような事象発生時に宇宙飛行士が避難できる放射線遮蔽型の「嵐シェルター」が組み込まれています。

グライスベルクは連続するサイクルに依存するCME予測方法を開発した。^{[ 63 ]}

太陽活動極大期における放射照度の増加は、地球の大気圏の層を拡大させ、低軌道を周回する宇宙ゴミがより速やかに大気圏に再突入する原因となる。

太陽噴出物が惑星間空間に外向きに膨張すると、銀河の他の場所から太陽系に侵入する高エネルギー宇宙線を効率的に散乱させるプラズマの過密度が生じる。太陽噴出イベントの頻度は周期によって変調され、それに応じて太陽系外縁部における宇宙線散乱の程度が変化する。その結果、太陽系内縁部における宇宙線フラックスは、太陽活動の全体的なレベルと逆相関関係にある。^{[ 64 ]}この逆相関関係は、地球表面における宇宙線フラックスの測定で明確に検出される。

地球の大気圏に突入する高エネルギー宇宙線の中には、大気中の分子成分と激しく衝突し、時折核破砕反応を引き起こすものがある。核分裂生成物には、 ^14Cや^10Beなどの放射性核種が含まれ、これらは地表に沈着する。これらの濃度は樹木の幹や氷床コアで測定でき、遠い過去の太陽活動レベルを復元することができる。^{[ 65 ]}このような復元結果から、20世紀半ば以降の太陽活動の全体的なレベルは過去1万年間で最も高いレベルにあり、その間に様々な期間の活動抑制期が繰り返し発生してきたことが示唆される。

全太陽放射照度 (TSI) は、地球の上層大気に入射する太陽放射エネルギーの量です。TSI の変動は、1978 年後半に衛星観測が始まるまで検出できませんでした。1970 年代以降、一連の放射計が衛星に搭載されて打ち上げられました。 ^{[ 66 ]} 10 機以上の衛星で、TSI の測定値は 1355 ～ 1375 W/m ^{2 の}範囲で変動しました。衛星の 1 つであるACRIMSATは、 ACRIM グループによって打ち上げられました。重複しない ACRIM 衛星間の論争の的となった 1989 ～ 1991 年の「ACRIM ギャップ」は、ACRIM グループによって補間され、+0.037%/decade の増加を示す合成データになりました。ACRIM データに基づく別のシリーズは PMOD グループによって作成され、-0.008%/decade の減少傾向を示しています。^{[ 67 ]}この 0.045%/decade の差は、気候モデルに影響を与える可能性があります。しかし、モデルによる再構築された全太陽放射照度はPMODシリーズを支持しており、ACRIMギャップの問題を解消している。^{[ 68 ] [ 69 ] [ 70 ]}

太陽放射照度は、全放射照度と相対的な成分（紫外線と可視光およびその他の周波数）の両方において、周期を通じて系統的に変化します。 ^{[ 71 ]}太陽光度は、周期中期の太陽極大期には、終期の太陽極小期よりも約0.07パーセント明るいと推定されています。光球磁場は、1996年から2013年までのTSI変動の主な原因（96％）であると考えられます。^{[ 72 ]}紫外線と可視光の比率は変化します。^{[ 73 ]}

TSIは太陽磁気活動サイクルと位相が一致して変動し^{[ 74 ]}、平均値約1361.5 W/m ^{2 [ 75 ]}（「太陽定数」）を中心として振幅は約0.1%である。平均値から最大-0.3%の変動は大きな黒点群によって引き起こされ、+0.05%の変動は大きな白斑と明るいネットワークによって引き起こされ、7～10日の時間スケールで発生する^{[ 76 ] [ 77 ]。}衛星時代のTSI変動は小さいが検出可能な傾向を示している^{[ 78 ] [ 79 ] 。}

太陽活動極大期には、黒点が平均的な光球よりも暗い（温度が低い）にもかかわらず、TSIは高くなります。これは、太陽活動極大期に黒点以外の磁化構造、例えば白斑や「明るい」ネットワークの活動要素などが平均的な光球よりも明るい（高温である）ために起こります。これらは、温度は低いが数が少ない黒点に関連する放射照度の不足をまとめて補償します。^{[ 80 ]}太陽の自転周期と太陽活動周期の時間スケールでのTSIの変化の主な要因は、これらの放射活性な太陽磁気構造の光球被覆率の変化です。^{[ 81 ]}

オゾンの生成と消失に関わる紫外線放射照度のエネルギー変化は、大気に影響を及ぼす。太陽活動周期20～23の間、30 hPaの気圧レベルは太陽活動と同期して変化した。紫外線放射照度の増加はオゾン生成量の増加を引き起こし、成層圏の加熱と成層圏および対流圏の風系の極方向への移動につながった。^{[ 82 ]} 

 5870 Kの温度を持つ光球は、極端紫外線(EUV) 以上の波長の放射線を放出します。しかし、太陽大気の上層部 (彩層とコロナ) はより高温であるため、短波長の放射線を多く放出します。上層大気は均質ではなく、顕著な磁気構造を持つため、太陽紫外線、極端紫外線、および X 線フラックスは周期的に大きく変動します。これらの変動は、ようこう、SOHO、TRACEなど、いくつかの太陽観測衛星によって研究されています。

太陽放射全体に占める割合はごくわずかであるにもかかわらず、太陽紫外線、極端紫外線、X線放射が地球の上層大気に与える影響は甚大です。太陽紫外線束は成層圏の化学反応の主要な要因であり、電離放射線の増加は電離層が影響する温度と電気伝導率に大きな影響を与えます。

太陽からのセンチメートル波（電波）波長での放射は、主に活動領域上空の磁場に閉じ込められたコロナプラズマによるものです。^{[ 83 ]}  F10.7指数は、観測された太陽電波放射のピーク付近の波長10.7cmにおける単位周波数あたりの太陽電波フラックスの尺度です。F10.7は、SFUまたは太陽フラックス単位（1 SFU = 10 ⁻²² W m ⁻² Hz ⁻¹）で表されることがよくあります。これは、拡散した非放射性コロナプラズマ加熱の尺度を表しています。これは、太陽活動レベル全体の優れた指標であり、太陽紫外線放射とよく相関しています。

太陽黒点活動は長距離無線通信に大きな影響を与え、特に短波帯で顕著ですが、中波帯や低VHF帯にも影響を及ぼします。太陽黒点活動が活発化すると、高周波数帯での信号伝搬が改善されますが、同時に太陽雑音や電離層擾乱も増加します。これらの影響は、太陽放射量の増加が電離層に及ぼす影響によって引き起こされます。

10.7  cmの太陽光束は、地上のポイントツーポイント通信に干渉する可能性がある。^{[ 84 ]}

宇宙線の変化が周期的に及ぼす影響に関する推測としては、以下のようなものが考えられる。

• 電離の変化は、雲形成の凝結核となるエアロゾルの量に影響を与えます。^{[ 85 ]}太陽活動極小期には、より多くの宇宙線が地球に到達し、雲凝結核の前駆物質となる超微細エアロゾル粒子を生成する可能性があります。^{[ 86 ]}凝結核の量が多い雲は、より明るく、より長く、降水量が少なくなる傾向があります。
• 宇宙線の変化は特定の種類の雲に影響を与える可能性がある。^{[ 87 ]}
• 特に高緯度では、宇宙線の変動が地球の低高度雲量に影響を与える可能性がある（高高度雲との相関がないのとは対照的に）、太陽駆動の惑星間磁場（およびより長い時間スケールでの銀河腕の通過）によって部分的に影響を受ける可能性があると提案されたが、^{[ 88 ] [ 89 ] [ 90 ] [ 91 ]}この仮説は確認されなかった。^{[ 92 ]}

後の論文では、宇宙線による雲の生成は核生成粒子では説明できないことが示された。加速器の結果では、雲の形成につながるほど十分な大きさの粒子は生成されなかった。^{[ 93 ] [ 94 ]}これには、大規模な太陽嵐後の観測も含まれる。^{[ 95 ]}チェルノブイリ後の観測では、誘発された雲は示されていない。^{[ 96 ]}

太陽周期が生物に与える影響は研究されてきた（時間生物学を参照）。一部の研究者は、人間の健康との関連性を発見したと主張している。^{[ 97 ]}

太陽活動周期によって、保護オゾン層の変動により_、 地球表面に到達する波長300 nmの紫外線UVBの量は数パーセント変動します。成層圏では、紫外線によるO2分子の分解によってオゾンが継続的に再生されます。太陽活動極小期には、太陽から受ける紫外線の減少によりオゾン濃度が低下し、地球表面に到達するUVBが増加します。^{[ 98 ] [ 99 ]}

電離層反射波による無線通信は、電離層を通過する際に電波（電磁波）を屈折させることで機能します。太陽活動のピーク時には、電離層は太陽光子や宇宙線によってますます電離されます。これは電波の伝搬に複雑な影響を与え、通信を促進または阻害する可能性があります。電離層反射波モードの予測は、商用船舶および航空機通信、アマチュア無線家、短波放送局にとって非常に重要です。これらの利用者は、太陽活動や電離層の変動の影響を最も受けやすい高周波（HF）無線スペクトル内の周波数を使用しています。太陽活動の変化は、通信に使用できる最高周波数の制限である最大使用可能周波数に影響を与えます。

太陽活動の長期的および短期的変動は、地球規模の気候に影響を与える可能性があると提唱されているが、太陽変動と気候の関連性を示すことは困難であることが証明されている。^{[ 2 ]}

初期の研究では、限られた成功しか得られなかったものの、天候との相関関係を調べようと試みられ、^{[ 100 ]}その後、太陽活動と地球の気温との相関関係を調べようと試みられました。このサイクルは地域の気候にも影響を与えます。SORCEのスペクトル放射照度モニターによる測定では、太陽紫外線の変動により、例えば、太陽活動極小期には米国と北ヨーロッパでは冬が寒くなり、カナダと南ヨーロッパでは冬が暖かくなることが示されています。^{[ 101 ]}

太陽活動変動が気候に及ぼす影響を媒介する3つのメカニズムが提唱されている。

• 全太陽放射照度（「放射強制力」）。
• 紫外線放射照度。紫外線成分の変動幅は総量よりも大きいため、何らかの（まだ不明な）理由で紫外線が不均衡な影響を与えている場合、気候に影響を与える可能性がある。
• 太陽風を介した銀河宇宙線の変化は、雲量に影響を与える可能性がある。

太陽活動周期の0.1%の変動は、地球の気候に小さいながらも検出可能な影響を与える。^{[ 102 ] [ 103 ] [ 104 ]} CampとTungは、太陽放射照度が変動と相関することを示唆している。0.18 ± 0.08  K (太陽活動の極大期と極小期の間の測定された平均地球気温は、 0.32 ± 0.14  °Fであった。^{[ 105 ]}

その他の影響としては、小麦価格との関連性を見出した研究^{[ 106 ]}や、パラナ川の水量との弱い相関関係を見出した研究^{[ 107 ]}などがある。数億年前の樹木の年輪の厚さ^{[ 14 ]}や湖底の層^{[ 15 ]}には11年周期が見つかっている。

気候変動に関する現在の科学的コンセンサスは、太陽活動の変化は地球規模の気候変動を引き起こす上でわずかな役割しか果たしていないというものである^{[ 2 ]} 。これは、近年の太陽活動の変化の測定値が温室効果ガスによる強制力よりもはるかに小さいためである^{[ 3 ]} 。また、2010年代の平均太陽活動は1950年代よりも高くなかった（上記参照）のに対し、その期間に地球の平均気温は著しく上昇した。その他の点では、太陽が天候に及ぼす影響についての理解は低い^{[ 108 ] 。}

太陽活動の変化は、上層熱圏の密度を変化させることで、低地球軌道（LEO）にある物体の軌道減衰にも影響を与える。^{[ 109 ]}