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太陽活動周期は、太陽磁気活動周期、黒点周期、シュワーベ周期とも呼ばれ、太陽表面の観測黒点数の変動で測定される、太陽活動のほぼ周期的な11年周期の変化です。太陽活動周期の期間中、太陽放射のレベルと太陽物質の放出、黒点の数とサイズ、太陽フレア、コロナループはすべて、活動が最小の期間から最大活動の期間、そして再び活動が最小の期間へと同期して変動します。
太陽の磁場は各太陽活動周期中に反転し、反転は太陽活動周期が最大に近いときに発生します。2 回の太陽活動周期の後、太陽の磁場は元の状態に戻り、ヘール サイクルと呼ばれる状態が完了します。
この周期は、太陽の外観の変化やオーロラなどの地上現象によって何世紀にもわたって観察されてきましたが、1843 年まで明確に特定されていませんでした。太陽活動は、太陽周期と一時的な非周期的プロセスの両方によって駆動され、宇宙天気を作り出し、宇宙および地上ベースの技術、地球の大気、さらにはおそらく何世紀にもわたる気候変動に影響を与えることで、惑星間空間の環境を支配しています。
太陽活動周期を理解し、予測することは、宇宙科学や宇宙の他の場所における 磁気流体力学現象の理解に大きな影響を与える、天体物理学における大きな課題の 1 つです。
気候変動に関する現在の科学的コンセンサスは、太陽の変動が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、最近の太陽の変動の測定された大きさが、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] 。
意味
太陽活動周期の平均期間は約 11 年です。太陽活動極大期と極小期は、太陽黒点数が最大と最小となる期間を指します。周期は、1 つの極小期から次の極小期まで続きます。
観察履歴
周期的な太陽周期という考えは、デンマークのコペンハーゲンにあるルンデタールン天文台で1761年から1776年にかけて定期的に太陽黒点を観測したクリスチャン・ホレボウによって初めて提唱された。1775年、ホレボウは「一定の年数が経過すると、太陽の黒点の数と大きさは繰り返されるように見える」と記した。[4]しかし、太陽周期は、17年間の太陽観測の後、サミュエル・ハインリヒ・シュヴァーベが太陽黒点の平均数の周期的な変動に気づいた1843年まで明確に特定されなかった。 [5]シュヴァーベは1867年までさらに23年間、太陽黒点周期の観測を続けた。1852年、ルドルフ・ヴォルフはシュヴァーベや他の観測に基づき、1755年2月に始まった最初の番号付き太陽周期を指定した。[6]ウルフはまた、現在も使用されている 標準的な太陽黒点数指数であるウルフ数を作成しました。
1645年から1715年の間、太陽黒点はほとんど観測されず記録もされなかった。これはグスタフ・シュペーラーによって最初に指摘され、後にこの特異な期間を徹底的に研究した夫婦チーム、アニー・SD・マウンダーとエドワード・ウォルター・マウンダーにちなんでマウンダー極小期と名付けられた。[7]
19 世紀後半、リチャード・キャリントンとシュペーラーはそれぞれ独立して、太陽黒点が周期の異なる時期に異なる太陽緯度に現れる現象に気付きました。(シュペーラーの法則を参照)。アルフレッド・ハリソン・ジョイは後に、太陽黒点が「傾く」程度 (先頭の黒点が後続の黒点よりも赤道に近くなる) が、これらの領域の緯度とともに大きくなることを説明しました。(ジョイの法則を参照)
この周期の物理的根拠は、ジョージ・エラリー・ヘールと協力者によって解明されました。彼らは 1908 年に太陽黒点が強く磁化されていることを示しました (地球外の磁場が初めて検出された)。1919 年に彼らは、後に総称してヘールの法則として知られるようになるいくつかのパターンを特定しました。
- 同じ太陽活動半球では、双極性活動領域は同じ主導極性を持つ傾向があります。
- 反対の半球（つまり、太陽の赤道の反対側）では、これらの領域は反対の主導極性を持つ傾向があります。
- 両半球の主要な極性は、太陽黒点サイクルごとに切り替わります。
ヘイルの観測により、完全な磁気周期（後にヘイル周期と呼ばれる）は、元の状態（極性を含む）に戻るまでに太陽周期2回分、つまり22年かかることが明らかになった。ほぼすべての現象は極性の影響を受けないため、11年周期の太陽周期は依然として研究の焦点となっているが、ヘイル周期の2つの半分は通常同一ではなく、11年周期では、通常、ウルフの黒点数の合計が高いときと低いときが交互に現れる（グネヴィシェフ・オール則）。[8]
1961年、ハロルド・バブコックとホレス・バブコックの父子チームは、太陽周期は太陽全体に広がる時空間的な磁気過程であることを証明した。彼らは、太陽表面が黒点の外側で磁化されていること、この（弱い）磁場が第一級双極子であること、この双極子が黒点周期と同じ周期で極性反転を起こすことを観察した。ホレスのバブコックモデルは、太陽の振動磁場が22年の準定常周期を持つと説明した。[5] [9]このモデルは、トロイダルおよびポロイダル太陽磁場成分 間の振動エネルギー交換をカバーしていた。
サイクル履歴
過去 11,400 年間の太陽黒点数は、炭素 14とベリリウム 10 の同位体比を使用して再構築されています。[10] 1940 年代に始まった太陽活動のレベルは例外的です。同様の規模の最後の期間は、約 9,000 年前 (温暖な北半球期) に発生しました。[11] [12] [13]太陽が同様に高い磁気活動レベルにあったのは、過去 11,400 年間の約 10% にすぎません。それ以前の高活動期間のほとんどは、現在のエピソードよりも短かったです。[12]化石記録は、太陽周期が少なくとも過去 7 億年間安定していることを示唆しています。たとえば、ペルム紀初期の周期の長さは10.62 年と推定されており[14] 、新原生代でも同様です。[15] [16]
2009年までは、1699年から2008年までの309年間に28の周期があり、平均期間は11.04年であると考えられていましたが、その後の研究で、これらのうち最長のもの（1784年～1799年）は実際には2周期であった可能性があることが示されました。[18] [19]もしそうなら、平均期間はわずか10.7年程度になります。観測が始まって以来、最短9年、最長14年の周期が観測されており、1784年～1799年の周期が2倍であれば、2つの構成周期のうちの1つは8年未満の長さでなければなりません。振幅の大幅な変動も発生します。
太陽活動の歴史的な「極小期」の提案リストがいくつか存在する。[11] [20]
最近のサイクル
サイクル25
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、非常に弱いものから強いものまで、さまざまな方法に基づいて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依存する物理学に基づく予測では、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たようで、周期24と同等かそれよりわずかに強い、弱いが無視できない太陽活動周期25を予測している。 [23]注目すべきは、彼らは今後10年間で太陽がマウンダー極小期のような（不活動の）状態に陥る可能性を排除している点である。 2019年初頭に、太陽活動周期25予測パネルによる予備的な合意が成立した。[24] NOAAの宇宙天気予測センター（SWPC）とNASAが組織したこのパネルは、公表された太陽活動周期25予測に基づいて、太陽活動周期25は太陽活動周期24と非常に類似していると結論付けた。彼らは、周期25の前の太陽活動周期極小期は、周期24に先立つ極小期と同様に、長く深いものになると予想している。彼らは、改訂された黒点数で示される太陽黒点の範囲が95から130で、太陽活動極大期が2023年から2026年の間に発生すると予想している。
サイクル24
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「二重ピーク」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]
サイクル23
太陽活動周期23は1996年5月に始まり、2008年1月に終了するまで11.6年間続いた。この太陽活動周期中に観測された平滑黒点数（12か月間の月間黒点数の平均）の最大値は120.8（2000年3月）、最小値は1.7であった。[29]この周期中に黒点が見られなかった日数は合計805日であった。[30] [31] [32]
現象
太陽活動周期は磁気活動を反映しているため、太陽黒点、白斑/プラージュ、ネットワーク、コロナ質量放出など、磁気によって駆動されるさまざまな太陽現象が太陽活動周期に従います。
太陽黒点
太陽の表面である光球は、黒点が多いほど活発に放射する。衛星による太陽輝度の監視により、太陽周期と輝度の間にはピーク間の振幅が約0.1%という直接的な関係があることが明らかになった。[34]大規模な黒点群が地球の視野を横切ると、10日間で輝度は最大0.3%減少し、大規模な黒点群に関連する白斑により、最大6か月間、輝度は最大0.05%増加する。[35]
現在、最も優れた情報は、太陽の「表面」磁場を見ることができる MDI磁力図など、 SOHO (欧州宇宙機関とNASAの共同プロジェクト) から得られます。
各サイクルが始まると、太陽黒点は中緯度に現れ、太陽活動極小期に達するまで赤道にどんどん近づいていきます。このパターンは、いわゆるバタフライ ダイアグラムの形で視覚化するのが最善です。太陽の画像は緯度帯に分割され、月平均の太陽黒点の表面積が計算されます。これは色分けされたバーとして垂直にプロットされ、このプロセスが毎月繰り返されて、この時系列ダイアグラムが作成されます。
磁場の変化は太陽黒点に集中していますが、規模は小さいものの、太陽全体でも同様の変化が起こります。
白斑とプラージュ
白斑は光球上の明るい磁気的特徴である。それらは彩層まで広がり、そこではプラージュと呼ばれる。プラージュ領域の進化は、通常、Ca II K線（393.37 nm）での太陽観測によって追跡される。[36]白斑とプラージュ領域の量は太陽周期と位相が異なり、それらは太陽黒点よりも約1桁多い。[37]これらは太陽黒点と非線形の関係を示す。[38]プラージュ領域は、太陽表面の強い磁場とも関連している。[39] [40]
太陽フレアとコロナ質量放出
太陽の磁場はコロナを形成し、日食のときに見える特徴的な形状を与えます。複雑なコロナ磁場構造は、太陽表面の流体運動と、太陽内部のダイナモ作用によって生成される磁束の出現に応じて発達します。まだ詳細が解明されていない理由により、これらの構造が安定性を失い、太陽フレアやコロナ質量放出(CME) を引き起こすことがあります。フレアは、エネルギー (主に紫外線とX 線の波長)の突然の放出で構成され、コロナ質量放出を伴う場合と伴わない場合があります。コロナ質量放出は、エネルギー粒子 (主にイオン化した水素) を惑星間空間に注入します。フレアと CME は、磁気エネルギーの突然の局所的放出によって引き起こされ、紫外線と X 線の放射だけでなくエネルギー粒子の放出も促します。これらの噴出現象は、地球の上層大気と宇宙環境に大きな影響を与える可能性があり、現在宇宙天気と呼ばれているものの主な要因です。その結果、地磁気嵐[41]と太陽高エネルギー粒子[42]の両方の発生は、太陽黒点極大期近くでピークを迎える強い太陽周期変動を示しています。
コロナ質量放出とフレアの発生頻度は、太陽活動周期によって大きく左右される。太陽活動極大期には、同じ大きさのフレアでも極小期より約 50 倍も頻繁に発生する。太陽活動極大期には、大規模なコロナ質量放出が平均して 1 日に数回発生するが、極小期には数日に 1 回発生する。これらのイベント自体の規模は、太陽活動周期の位相に大きく左右されるわけではない。その好例が、極小期に非常に近い 2006 年 12 月に発生した 3 つの大規模な X クラス フレアである。12 月 5 日の X9.0 フレアは、記録上最も明るいフレアの 1 つである。[43]
パターン
約11年の太陽黒点周期に加えて、いくつかの追加のパターンと周期が仮定されています。[8]
ワルドマイヤー効果
ヴァルトマイヤー効果は、太陽活動周期の最大振幅が太陽活動の極小期と極大期の間の時間に反比例するという観察結果を表します。したがって、最大振幅が大きい周期は、振幅が小さい周期よりも最大振幅に達するまでの時間が短くなる傾向があります。[45]この効果は、最初にこれを説明したマックス・ヴァルトマイヤーにちなんで名付けられました。[46]
グネヴィシェフ・オール則
グネヴィシェフ・オール則は、奇数周期におけるウルフ数の合計が、その前の偶数周期におけるウルフ数の合計を上回る傾向を記述する。 [8]
グライスベルクサイクル
グライスベルク周期は、約70～100年、または7～8太陽周期の周期の振幅変調を表します。ヴォルフガング・グライスベルクにちなんで名付けられました。[8] [47] [48] [49]
イリヤ・G・ウソスキンとサミ・ソランキが先駆者として行ったように、氷床や年輪などの地上の貯蔵庫に蓄えられた炭素14とベリリウム10の宇宙線生成同位体[ 50 ]と、利用可能な宇宙線生成同位体データの終了と現代の衛星データの開始との間の時間的ギャップを埋める地磁気嵐活動の歴史的観測を使用することで、コロナと太陽圏の磁場の関連する100年規模の変動が検出されました。[51]
これらの変動は、磁束連続方程式と観測された黒点数を用いたモデルを使用して、太陽大気の上層から太陽圏への磁束の出現を定量化する手法で再現することに成功しており、[52]黒点観測、地磁気活動、宇宙線生成同位体が太陽活動の変動に対する総合的な理解をもたらすことを示しています。
スースサイクル
ズース周期、またはド・フリース周期は、太陽活動の放射性炭素プロキシに存在する周期で、周期は約210年です。ハンス・エドゥアルト・ズースとヘッセル・ド・フリースにちなんで名付けられました。[48]計算された放射性同位体の生成率は400年間の太陽黒点記録とよく相関しているにもかかわらず、400年間の太陽黒点記録自体にはズース周期の証拠はほとんどありません。[8]
その他の仮説サイクル
太陽活動の周期としては、約11（22）年の太陽活動周期よりも長い周期が提案されており、以下のようなものがある。
- ハルシュタットサイクル（氷河が拡大したヨーロッパの寒冷で湿潤な時期にちなんで名付けられた）は約2,400年続くと仮定されている。[53] [54] [55] [56]
- 炭素14比率の研究では、105、131、232、385、504、805、2,241年の周期が提案されており、他の情報源から得られた周期と一致する可能性があります。[57]デイモンとソネット[58]は、炭素14に基づく208年と88年の中期および短期変動を提案し、さらに208年周期を調整する2300年の放射性炭素周期を示唆しています。[59]
- ブルックナー・エゲソン・ロッキアー周期（30～40年周期）。
- 2021年の研究では、時系列分解特異スペクトル解析のフル解像度手法の利点を活用し、特に千年規模の太陽関連信号に焦点を当てて、ヨーロッパ南極氷床コアリングプロジェクト（EPICA）の温度（δD）とCO 2 -CH 4記録[60]から過去80万年間の更新世の気候の変化を調査しています。[61] 3つの太陽関連サイクル（名前のない約9.7千年、提案された「ハインリッヒボンド」約6.0千年、ハルシュタット約2.5千年）の量的な影響は、累積的に約4.0％（δD）、2.9％（CO 2）、および6.6％（CH 4）の分散を説明します。文献ではほとんど知られていない約 3.6 千年の周期は、平均変動がわずか 0.6% で、太陽とは関係ないようです。ただし、重力起源の可能性は否定できません。この 80 万年にわたる EPICA の弾道記録には、1000 年規模の太陽関連信号が含まれており、太陽周期の分野における重要なギャップを埋め、中期から後期更新世の地球の気候システムの地域予算における太陽活動の役割が小さいことを初めて実証しています。
効果
太陽
表面磁性
太陽黒点は最終的に崩壊し、光球に磁束を放出します。この磁束は乱流対流と太陽の大規模な流れによって分散され、かき混ぜられます。これらの輸送メカニズムにより、太陽の高緯度に磁化された崩壊生成物が蓄積され、最終的に極磁場の極性が反転します (上記の Hathaway/NASA/MSFC グラフで青と黄色のフィールドが反転していることに注目してください)。
太陽磁場の双極成分は太陽活動極大期の頃に極性が反転し、太陽活動極小期にピーク強度に達します。
空間
宇宙船
CME (コロナ質量放出) 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。太陽陽子イベントは、電子機器にシングルイベントアップセット(SEU) イベントを引き起こす可能性もあります。同時に、太陽活動極大期の銀河宇宙放射線のフラックスの減少により、粒子フラックスの高エネルギー成分が減少します。
CME 放射線は、地球の磁場によって生成される遮蔽の外にいる宇宙ミッションの宇宙飛行士にとって危険です。したがって、将来のミッション設計 (たとえば、火星ミッション) には、そのようなイベント中に宇宙飛行士が退避するための放射線遮蔽された「嵐シェルター」が組み込まれています。
グレイスバーグは連続したサイクルに基づいたCME予測法を開発した。[62]
太陽活動極大期の放射照度の増加により地球の大気圏が拡大し、低軌道を周回する宇宙ゴミがより速く再突入する原因となる。
銀河宇宙線フラックス
太陽噴出物が惑星間空間に外向きに膨張すると、プラズマの過剰密度が生じ、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。太陽の噴出現象の頻度は周期によって変化し、それに応じて太陽系外縁部での宇宙線散乱の程度が変化する。その結果、太陽系内縁部での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する。[63]この逆相関は、地球表面での宇宙線フラックス測定で明確に検出されている。
地球の大気圏に侵入する高エネルギー宇宙線の中には、大気の分子成分と激しく衝突して核分裂反応を引き起こすものもある。核分裂生成物には、地球の表面に沈着する14 Cや10 Beなどの放射性核種が含まれる。それらの濃度は木の幹や氷床コアで測定できるため、はるか昔の太陽活動レベルを再現することができる。 [64]このような再現は、20 世紀半ば以降の太陽活動の全体的なレベルが過去 10,000 年間で最も高いレベルにあり、その期間にさまざまな期間の活動抑制の時代が繰り返し発生していることを示している。[要出典]
雰囲気
太陽放射照度
総太陽放射照度（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開始され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。 [65] TSI の測定値は、10 基を超える衛星で 1355 ～ 1375 W/m 2 の範囲でした。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 衛星間の物議を醸した 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%/10 年の増加を示す複合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%/10 年の低下傾向を示しています。[66]この 0.045%/10 年の差は、気候モデルに影響を与える可能性があります。しかし、モデルを用いて再構築された全太陽放射照度はPMODシリーズに有利であり、ACRIMギャップの問題は解決された。[67] [68]
太陽放射照度は、総放射照度とその相対的成分（紫外線対可視光線およびその他の周波数）の両方において、周期にわたって系統的に変化します。[69]太陽放射照度は、中期太陽活動極大期の方が終末期太陽活動極小期よりも0.07パーセント明るくなると推定されています。光球磁気は、1996年から2013年のTSI変動の主な原因（96％）であると思われます。[70]紫外線と可視光線の比率は変化します。[71]
TSIは太陽の磁気活動周期と同調して変動し[72]、振幅は約0.1%で、平均値は約1361.5 W/m 2 [73]（「太陽定数」）である。平均値の変動は、最大-0.3%が大きな黒点群によって、+0.05%が大きな白斑と7～10日周期の明るいネットワークによって発生する[74] [75]。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。[76] [77]
太陽活動極大期には、太陽黒点が平均的な光球よりも暗く（低温）なっているにもかかわらず、TSI は高くなります。これは、太陽活動極大期の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が平均的な光球よりも明るく（高温）なために起こります。これらの要素は、より低温だが数が少ない黒点に関連する放射照度不足を総合的に補います。[78]太陽の自転と太陽周期の時間スケールにおける TSI の変化の主な要因は、これらの放射活性太陽磁気構造の光球被覆率の変化です。[79]
オゾンの生成と消失に関わる紫外線のエネルギー変化は大気に影響を及ぼします。30hPaの大 気圧は、太陽活動周期20～23の間に太陽活動と同調して高度が変化しました。紫外線の増加はオゾン生成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変位をもたらしました。[80]
短波長放射線
温度が 5870 K の光球は、極端紫外線(EUV) 以上の放射線を一定の割合で放射します。ただし、太陽の大気の上層 (彩層とコロナ) はより高温で、短波長の放射線をより多く放射します。上層大気は均質ではなく、大きな磁気構造を含んでいるため、太陽の紫外線 (UV)、極端紫外線、X 線フラックスは周期にわたって著しく変化します。
左の写真モンタージュは、日本の衛星「ようこう」が1991年8月30日以降の周期22のピークから2001年9月6日周期23のピークまで観測した軟X線の変動を示しています。同様の周期に関連した変動は、たとえばSOHO衛星やTRACE衛星によって観測されているように、太陽の紫外線や極端紫外線の放射量にも見られます。
太陽放射全体のごく一部を占めるに過ぎないにもかかわらず、太陽の紫外線、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。太陽の紫外線放射は成層圏化学の主要な推進力であり、電離放射線の増加は電離層の影響を受けた温度と電気伝導率に大きな影響を与えます。
太陽電波フラックス
太陽からのセンチメートル（電波）波長での放射は、主に活動領域の上にある磁場に閉じ込められたコロナプラズマによるものです。[81] F10.7指数は、観測される太陽電波放射のピークに近い波長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、拡散した非放射コロナプラズマ加熱の尺度を表します。これは、全体的な太陽活動レベル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。
太陽黒点の活動は長距離無線通信に大きな影響を与えますが、特に短波帯では中波や低VHF周波数も影響を受けます。太陽黒点の活動レベルが高いと、高周波帯域での信号伝播が改善されますが、太陽ノイズや電離層擾乱のレベルも増加します。これらの影響は、電離層に対する太陽放射レベルの増加の影響によって発生します。
10.7cmの太陽放射は、地上の2地点間通信に干渉する可能性がある。[82]
雲
サイクル中の宇宙線の変化の影響に関する推測には、次のようなものが含まれます。
- イオン化の変化は、雲形成の凝結核となるエアロゾルの量に影響を及ぼします。[83]太陽活動極小期には、より多くの宇宙線が地球に到達し、雲凝結核の前駆体となる超小型エアロゾル粒子が生成される場合があります。[84]凝結核の量が多いほど、雲は明るく、寿命が長くなり、降水量も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及ぼす可能性がある。[85]
- 特に高緯度では、宇宙線の変動が地上の低高度の雲量に影響を与える可能性がある（高高度の雲との相関関係がないのとは異なり）、これは太陽駆動の惑星間磁場（およびより長い時間枠での銀河腕の通過）によって部分的に影響を受けると提案されたが、[86] [87] [88] [89]この仮説は確認されなかった。[90]
その後の論文では、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十分な量の、そして十分に大きな粒子を生成することができなかった。[91] [92]これには大規模な太陽嵐後の観測も含まれる。[93]チェルノブイリ後の観測では、誘発された雲は見られなかった。[94]
地上
生物
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を発見したと主張している。[95]
地球表面に到達する300nmの紫外線UVBの量は、保護オゾン層の変動により、太陽活動周期を通じて数パーセント変動します。成層圏では、紫外線によるO2分子の分解により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。[96] [97]
無線通信
無線通信のスカイウェーブ モードは、電波 (電磁放射) を電離層で曲げる (屈折させる) ことによって機能します。太陽活動の「ピーク」の間、電離層は太陽光子と宇宙線によってますます電離されます。これは電波の伝播に複雑な影響を与え、通信を促進したり妨げたりします。スカイウェーブ モードの予測は、商用の海上通信や航空機通信、アマチュア無線家、短波放送局にとって大きな関心事です。これらのユーザーは、太陽と電離層の変化に最も影響を受ける高周波(HF) 無線スペクトル内の周波数を占有します。太陽出力の変化は、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します。
気候
太陽活動の長期的および短期的な変動は、地球の気候に影響を及ぼす可能性があると考えられていますが、太陽活動の変動と気候の間に何らかの関連を示すことは困難であることが判明しています。[2]
初期の研究では、天候と太陽活動の相関関係を調べる試みが行われたが、あまり成功しなかった。 [98]続いて、太陽活動と地球の気温の相関関係を調べる試みが行われた。太陽活動の周期は地域の気候にも影響を与える。SORCEのスペクトル放射照度モニターの測定によると、太陽の紫外線の変動により、例えば太陽活動が極小期にある間、米国や北ヨーロッパでは冬が寒くなり、カナダや南ヨーロッパでは冬が暖かくなる。[99]
太陽の変動による気候への影響を媒介するメカニズムとして、3 つの提案があります。
- 総太陽放射量（「放射強制力」）。
- 紫外線放射。UV 成分は総量よりも大きく変化するため、UV が何らかの理由 (まだ不明) で不均衡な影響を及ぼしている場合、気候に影響を及ぼす可能性があります。
- 太陽風が媒介する銀河宇宙線の変化が雲量に影響を及ぼす可能性があります。
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及ぼします。[100] [101] [102]キャンプとトゥングは、太陽放射照度が太陽活動極大期と極小期の間の平均全球気温の0.18 K ±0.08 K (0.32 °F ±0.14 °F) の変動と相関していると示唆しています。[103]
その他の影響としては、小麦価格との関係を発見した研究[104]や、パラナ川の水の流れとの弱い相関関係を発見した研究[105]などがあります。樹木の年輪の厚さ[14]や数億年前の 湖の底の地層[15]には11年周期が見つかっています。
気候変動に関する現在の科学的コンセンサスは、太陽活動の変動が地球規模の気候変動の推進にわずかな役割しか果たしていないというものである。 [2]近年の太陽活動の変動の測定された大きさは、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年代より高くなかった（上記参照）が、その期間に平均地球気温は著しく上昇した。それ以外では、太陽が気象に与える影響についての理解レベルは低い。[106]
太陽の変動は、上部熱圏の密度を変化させることで、低地球軌道（LEO）上の物体の軌道の減衰にも影響を与える。[107]
太陽発電
11 年の太陽活動周期は、22 年のバブコック・レイトン太陽ダイナモ周期の半分であると考えられています。これは、太陽プラズマ流によって媒介されるトロイダル磁場とポロイダル磁場の間の振動的なエネルギー交換に対応し、太陽プラズマ流はあらゆる段階でダイナモ システムにエネルギーを供給します。太陽活動周期の極大期には、外部ポロイダル双極磁場はダイナモ周期の最小強度に近づきますが、タコクライン内の差動回転によって生成される内部トロイダル四極磁場は最大強度に近づきます。ダイナモ サイクルのこの時点では、対流層内の浮力による湧昇によってトロイダル磁場が光球から出現し、東西にほぼ揃って反対の磁気極性を持つ黒点のペアが発生します。黒点ペアの磁気極性は太陽活動周期ごとに交互になり、この現象はヘールの法則で説明されます。[108] [109]
太陽活動周期の衰退期には、エネルギーは内部のトロイダル磁場から外部のポロイダル磁場へと移行し、黒点の数は減少する。太陽活動極小期には、トロイダル磁場はそれに応じて最小強度となり、黒点は比較的少なく、ポロイダル磁場は最大強度となる。次の周期では、差動回転により、磁気エネルギーがポロイダル磁場からトロイダル磁場へと変換され、その極性は前の周期とは逆になる。このプロセスは継続的に行われ、理想的で単純化されたシナリオでは、11年周期の黒点周期は太陽の大規模磁場の極性の変化に対応する。[110] [111]
太陽ダイナモモデルは、差動回転、子午線循環、乱流ポンピングなどの太陽内部のプラズマフラックス輸送プロセスが、太陽磁場のトロイダル成分とポロイダル成分のリサイクルに重要な役割を果たしていることを示している。[112]これらのフラックス輸送プロセスの相対的な強さは、太陽周期の「記憶」も決定し、これは物理学に基づく太陽周期の予測において重要な役割を果たす。特に、確率的に強制された非線形太陽ダイナモシミュレーションは、太陽周期の記憶が短く、1周期を超えて持続することを確立しており、したがって、正確な予測は次の太陽周期のみ可能であり、それ以降は不可能であることを示唆している。[113] [114]太陽ダイナモメカニズムにおける1周期の短い記憶というこの仮説は、後に観測によって検証された。[115]
タコクラインは長い間、太陽の大規模な磁場を生成する鍵であると考えられてきたが、最近の研究ではこの仮定に疑問が投げかけられている。褐色矮星の電波観測では、褐色矮星も大規模な磁場を維持しており、磁気活動の周期を示す可能性があることが示されている。太陽には放射核があり、その周囲を対流外殻が取り囲んでおり、この2つの境界にタコクラインがある。しかし、褐色矮星には放射核もタコクラインもない。その構造は、核から表面まで存在する太陽のような対流外殻で構成されている。褐色矮星はタコクラインを欠いているにもかかわらず、太陽のような磁気活動を示しているため、太陽の磁気活動は対流外殻でのみ生成されると示唆されている。[116]
惑星の影響の推測
2012年の論文では、太陽深部にある非球形のタコクライン層に惑星が及ぼすトルクが太陽ダイナモを同期させる可能性があると提案された。 [117]その結果は、エイリアシングにつながる不適切に適用された平滑化法の産物であることが示された。[118]それ以来、惑星の力が太陽に与える影響を組み込んだ追加のモデルが提案されている。[119]しかし、太陽の変動は本質的に確率的であり、1太陽周期を超えて予測不可能であることが知られており、これは太陽ダイナモに対する惑星の決定論的な影響という考え方に反する。[120]現代のダイナモモデルは、惑星の影響を受けずに太陽周期を再現することができる。[23]
1974年に出版された「木星効果」という本では、惑星の配置によって太陽の太陽風が変化し、ひいては地球の天候も変化し、1982年3月10日に複数の大災害が発生すると示唆されていた。しかし、大災害は発生しなかった。2023年にCioncoらが発表した論文では、金星と木星によって引き起こされる太陽の潮汐効果が、太陽全体の潮汐力生成能力に大きな影響を与える可能性は低いことが示された。[121]
参照
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外部リンク
ウィキメディア・コモンズには、太陽周期に関連するメディアがあります。
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- N0NBH ソーラーデータとツール
- ソーラーサイクル24
- NASAマーシャル宇宙飛行センターの太陽物理学ウェブページ
- 科学速報: 太陽活動周期の変動は気候システムに影響を与えるか? デビッド・リンド、NASA GISS、2009 年 1 月
- ようこう広報プロジェクト
- スタンフォードソーラーセンター
- NASAのコスモス
- 宇宙への窓：太陽
- SOHOウェブサイト
- TRACE ウェブサイト
- 太陽影響データ分析センター
- 太陽活動周期の最新情報: ツインピークス?。2013 年。
- SunSpotWatch.com (1999年以降)
