太陽の活動に乱れが生じると太陽嵐が発生することがあります。太陽フレアやコロナ質量放出は、大量の放射線と荷電粒子を宇宙空間に放出します。
これにより、地球の通信・電力インフラが損傷し、衛星や電力網などのシステムに影響が及ぶ可能性があります。
黒点への理解を深めることは、こうした強い放射線の突発的な放出がいつ起きるかを科学者が予測するうえで重要な方法です。
宇宙天気の予測精度を高めれば、地球の磁場に守られていない宇宙飛行士にとって、宇宙探査の安全性が高まります。
太陽は地球上の生命を維持するために最も重要なエネルギー源ですが、私たちにもたらすものは光と熱だけではありません。太陽嵐も引き起こします。
太陽フレアが活発な黒点領域から発生し、コロナ質量放出を引き起こすなど、太陽の活動の乱れが太陽嵐の原因となることがあります。太陽フレアとコロナ質量放出は、膨大な量の放射線と荷電粒子を宇宙空間に放出します。
こうした現象は地球の通信・電力インフラに損害を与え、停電やシステム機能の低下を招くことがあります。衛星、宇宙ステーション、宇宙飛行士、航空、GPS、電力網などが影響を受ける可能性があります。
文明が発展するにつれ、私たちは太陽嵐の影響を受けやすくなっています。現在、太陽の活動が活発化しているなか、太陽天気をより正確に予測する必要があります。
カナダのケベック州で送電網が崩壊した1989年3月13日の出来事は、今も多くの人々の記憶に残っています。停電は9時間続き、600万人に影響しました。損害と収益損失は数億ドルに上りました。この停電は太陽嵐が原因でした。
キャリントン・イベントもまた、1859年9月に起きた強力な太陽嵐でした。記録したアマチュア天文学者の名にちなんで名付けられています。1859年の最先端技術は電信に限られていましたが、欧州と北米のほとんどの電信機が故障し、操作者が感電した例もありました。
今日、私たちはテクノロジーに大きく依存しており、そのテクノロジーは宇宙と、宇宙特有の自然災害の影響をますます受けやすくなっています。
宇宙放射線
宇宙は広大で、冷たく、暗く、放射線に満ちています。宇宙放射線の主な発生源は、他の銀河から放出される高エネルギー粒子である銀河宇宙線と、私たちの太陽から届く高エネルギー粒子である太陽粒子現象です。
宇宙放射線では、原子が星間空間で光速に近い速度まで加速されます。やがて電子がはぎ取られ、正の電荷を持つ原子核だけが残ります。
人類は400年以上にわたり黒点を観測し、数えてきました。これは世界で最も長く続いている実験です。太陽には11年周期の黒点周期があり、現在はその周期の中盤にあたります。太陽活動が最も活発になる「太陽極大期」が近づいており、次の太陽極大期は2025年に始まると予想されています。
多くの人が知るオーロラは、太陽放射の目に見える影響の一つです。宇宙放射線の危険の大半から私たちを守る地球の磁場は、荷電粒子を極地へ導きます。粒子はそこで大気圏に入り、美しい光の現象を引き起こします。
しかし、放射線はテクノロジーや人々にも影響を及ぼします。強い太陽放射線嵐の際には、高エネルギー陽子が衛星内部の電子回路や宇宙飛行士の生物学的DNAを損傷する可能性があります。北極上空を飛行する乗客や乗員は、より多くの放射線にさらされます。
こうした放射線嵐は、航行を極めて困難にする誤作動を引き起こすことがあります。高エネルギー陽子は、大気中の原子や分子を電離させ、自由電子の層を作ることもあります。この層は高周波電波を吸収し、短波無線としても知られる高周波通信を途絶させる可能性があります。
テクノロジーへの依存が高まるなか、宇宙天気の予測は不可欠です。しかし、宇宙天気を正確に予測することは、専門家にとって長年の難題でした。
宇宙天気の予測
黒点の複雑さを理解すれば、大規模な太陽フレアが発生する可能性を予測しやすくなります。私の同僚と私は、画像処理と人工知能技術を用いて太陽観測衛星のデータを監視・分析する、リアルタイムの自動コンピューターシステムを開発しました。これにより、今後24時間以内に太陽フレアが発生する可能性を予測できます。
NASAの太陽力学観測衛星が捉えた活動領域や黒点など、太陽の特徴を自動処理し、検出して特徴を抽出する新しい手法を開発しました。また、黒点を自動分類する初のリアルタイムシステムも導入しました。それまでは、専門家が大きな労力をかけて黒点を手作業で分類していました。
宇宙ミッションや宇宙飛行士は、地球の磁場に守られていないため、放射線の影響を受ける可能性がはるかに高くなります。人間への影響には、放射線障害、がんリスクの上昇、変性疾患、中枢神経系への影響などが含まれます。
こうしたリスクがあるにもかかわらず、宇宙での有人活動やロボットによる活動は増加しています。NASAは2030年代までに人類を火星に着陸させることを目指しています。現在、火星では2台のローバー、キュリオシティとパーサヴィアランス、および1機の着陸機が稼働しており、別のローバーも計画されていて、2022年の打ち上げが予定されています。
世界経済フォーラムは第四次産業革命にどう取り組んでいるのでしょうか？
フロンティア技術・イノベーションセンターは、科学者、政策立案者、企業リーダーを結集し、新興技術とその現実社会への影響を理解する場を提供します。
連携と実験を促すことで、同センターはパートナーが研究から生まれたイノベーションを、共通の地球規模課題に取り組む実用的な応用へと結びつけることを支援します。
私たちの宇宙天気予測システムは一般公開されており、現在、NASAのロボットミッションの意思決定ツールの一つとして、またNASAのチャンドラX線観測衛星の軌道における放射線の影響管理に利用されています。
今後さらに宇宙の遠方へ進出するにつれ、太陽活動をより包括的に把握し、太陽系全体でその影響を軽減するため、現在の宇宙天気予測能力を強化する必要があります。
太陽観測の大半は地球から見える範囲で行われるため、この課題は非常に困難です。太陽の周りを回る天体の軌道は大きく異なるため、それに対応するには、太陽の特徴がどのように進化するかをより適切にモデル化し、調査する必要があります。
